碳化硅器件封裝面臨的挑戰(zhàn)
近20多年來(lái)，碳化硅(silicon carbide，SiC)器件作為一種寬禁帶功率器件，因其具有耐高壓、耐高溫、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)勢(shì)，逐漸受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
下圖給出了碳化硅材料與硅材料的性能對(duì)比，相比于硅材料，SiC材料具有3倍的禁帶寬度，可以承受比硅大10倍的電場(chǎng)強(qiáng)度，使得碳化硅器件具有耐高壓特性；同時(shí)其熱導(dǎo)率和熔點(diǎn)均為硅材料的3倍，使得碳化硅器件具有更高的耐高溫特性；此外，SiC材料的飽和遷移速度是硅材料的2倍，且具有更低的柵極電荷（Qg）和輸出電容（Coss），使得碳化硅器件具有高開(kāi)關(guān)速度特性。
碳化硅器件的上述優(yōu)良特性，需要通過(guò)封裝與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率和信號(hào)的高效、高可靠連接，才能得到充分發(fā)揮。面向更高電壓等級(jí)的碳化硅器件的研制，現(xiàn)有的封裝技術(shù)應(yīng)用于高壓碳化硅器件時(shí)面臨著一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
（1）高壓封裝絕緣。SiC材料擊穿電場(chǎng)是硅的10倍，器件封裝內(nèi)部承受更高場(chǎng)強(qiáng)，高壓封裝絕緣是封裝技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。
（2）高溫封裝。SiC器件具有在200~300℃高溫下工作的超常能力。這個(gè)溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了硅器件的傳統(tǒng)封裝材料系統(tǒng)的適宜范圍（通常不高于175℃）。適宜高溫工作的連接材料未來(lái)將是制約封裝技術(shù)發(fā)展的主要因素。此外，多功能集成封裝技術(shù)以及先進(jìn)的散熱技術(shù)在提升功率密度等方面也起著關(guān)鍵作用。
（3）低寄生電感封裝。SiC 器件可以擁有更高的dV/dt和di/dt，需要研發(fā)新型的封裝結(jié)構(gòu)，減小雜散參數(shù)，特別是降低雜散電感。
高壓碳化硅器件封裝國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
面向未來(lái)電網(wǎng)輸變電裝備的應(yīng)用，高壓碳化硅器件需要達(dá)到萬(wàn)伏級(jí)才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。目前，萬(wàn)伏級(jí)碳化硅器件封裝技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。國(guó)外主要有美國(guó)Cree、日本KEPCO、美國(guó)北卡FREEDM、美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)、美國(guó)田納西大學(xué)、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工、英國(guó)諾丁漢大學(xué)等。而國(guó)內(nèi)針對(duì)高壓碳化硅封裝技術(shù)的研究仍處于起步階段，公開(kāi)發(fā)表的成果較少，目前主要有北京智慧能源研究院對(duì)高壓碳化硅封裝技術(shù)進(jìn)行了一定的技術(shù)探索。關(guān)于萬(wàn)伏級(jí)碳化硅器件封裝的研究機(jī)構(gòu)及樣品的現(xiàn)狀詳見(jiàn)下表。
（來(lái)源：功率半導(dǎo)體之家）
