功率模块的高温、高功率、高密度发展趋势,对模块的封装结构提出了更高的要求。相较于传统的引线键合结构,双面散热结构由于具有高散热能力和低寄生电感等优点正引起关注。但是双面散热结构材料间热膨胀系数的差异使焊层承受较大的热应力,降低了功率模块的可靠性。本文针对双面散热碳化硅（Silicon Carbide,SiC）金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor FieldEffect Transistor,MOSFET）双向开关模块焊层中热致机械应力大,容易发生老化失效这一封装可靠性短板,从封装材料、芯片布局结构和缓冲垫块设计展开了封装可靠性增强方法研究。具体研究内容如下:首先,选择具有高熔点、低杨氏模量和优异的导热导电特性的纳米银焊膏作为封装互连材料。通过有限元方法仿真分析了芯片不同布局对双面散热SiC MOSFET双向开关模块散热性能以及寄生电感的影响,确定了最优的模块布局设计方案。然后在此基础上提出一种具有低弹性模量的柔性缓冲垫块,即集束铜线垫块,通过仿真验证集束铜线垫块降低热应力的可行性。仿真结果显示,采用集束铜线垫块代替铜缓冲垫块可分别降低模块上焊层热应力51.6%和中焊层热应力36.4%,且芯片结温升仅约1.7%。随后,研究了采用集束铜线垫块的双面散热72-A/1200-V SiC MOSFET双向开关模块的封装工艺,并制备了模块样品。对比分析了集束铜线垫块和铜缓冲垫块双面散热SiC MOSFET双向开关的静态特性及封装热阻。研究表明,采用集束铜线垫块和采用铜缓冲垫块的双面散热SiC双向开关模块的静态I-V特性曲线具有很好的一致性。热阻测试结果表明,在双面水冷散热条件下相比于铜缓冲垫块模块热阻,集束铜线垫块模块的稳态热阻增加约为6.6%。然后,通过温度冲击试验对比分析了分别采用集束铜线垫块和铜缓冲垫块的硅二极管双面散热模块的疲劳寿命。温度冲击试验结果表明,相比于硅二极管铜缓冲垫块双面散热模块,硅二极管集束铜线垫块双面散热模块的寿命增加了400圈,提升了40%。最后通过功率循环实验对比分析了分别采用集束铜线垫块和铜缓冲垫块的双面散热SiC MOSFET双向开关模块的老化失效行为,结果表明,相比于铜缓冲垫块SiC双面散热双向开关模块,集束铜线垫块SiC双面散热双向开关模块的寿命延长了42.9%。