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连接层作为功率模块中的关键部位,在高温下容易发生疲劳老化失效。传统的焊料合金因高温性能差严重限制了功率模块向高温和高功率密度方向发展。纳米银焊膏作为一种新型无铅的界面连接材料,以其优异的性能,正受到广泛关注。针对当前大功率密度IGBT模块散热效率低和高温可靠性差问题,本文提出了一种低热阻、高可靠性的双面散热封装技术来实现高功率IGBT模块的设计与封装,并针对双面封装IGBT模块的电性能、热性能及其可靠性展开了研究工作。首先,本文综合考虑电路拓扑、封装结构、热管理技术、寄生参数、可靠性设计以及材料选择、封装工艺可行性等方面设计了650 V/240 A双面散热IGBT模块。仿真研究发现,采用纳米银焊膏和双面封装结构可以有效提高模块的散热能力,增加IGBT模块的热耦合效应,减小模块温度梯度,使温度分布更均匀。采用Sn5Pb92.5Ag2.5作为芯片和缓冲层连接材料的方案具有最大的等效塑性应变,其最大累积等效塑性应变比Sn5Pb92.5Ag2.5作为缓冲层和基板连接材料的方案高92.0%,采用纳米银作为三层互连层的等效塑性应变最小,比Sn5Pb92.5Ag2.5作为缓冲层和基板连接材料的方案低70%。随后,本文对比研究了双面散热IGBT模块电性能和散热性能。研究表明,双面散热IGBT模块上、下桥臂静态I-V曲线具有良好的一致性,通态压降均与参考值吻合,这表明双面封装结构不会造成芯片电性能的退化。而双面散热IGBT模块的开关损耗相比于商业模块的开关损耗降低21%,这归因于双面封装结构中没有键合金属线,使得模块的寄生参数大幅减小。散热性能研究表明,双面冷却条件下该平面型IGBT模块的的热阻为0.273℃/W,这比单侧冷却下该平面型模块的热阻低18.8%。当结温升和功率损耗保持不变时,仅改变冷却液温度对平面型IGBT模块的热阻几乎没有影响。双面冷却工况时,该平面型IGBT模块不同位置芯片结温差异得到进一步改善。最后,我们研究了不同封装策略双面散热IGBT模块的高低温冲击(-55℃-150℃)老化行为。可靠性研究表明,采用Sn5Pb92.5Ag2.5作为缓冲层和基板连接材料的双面散热IGBT模块经历了800圈的高低温冲击老化仍未失效,而用Sn5Pb92.5Ag2.5作为芯片和缓冲层连接材料的模块经历了不足50圈后失效。这说明本文提出的烧结银封装双面互连IGBT模块的可靠性初步满足使用要求,通过优化材料和结构,可以大幅提高平面型封装模块的可靠性。