市面上趨勢(shì)表明，低熱阻、長(zhǎng)壽命和易于處理是工程師最為看重的功率模塊屬性。低熱阻是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢蕴岣吣K的額定功率。以下就是討論功率模塊與氮化硅陶瓷基板AMB的優(yōu)勢(shì)，并與傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)物進(jìn)行了比較。

使用壽命長(zhǎng)有利于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用，但對(duì)于太陽能逆變器來說，使用壽命往往為更重要，因?yàn)槊姘宸浅Ｄ陀茫⑶铱梢栽谖磥韼资陜?nèi)持續(xù)提供回報(bào)。使用壽命和熱阻相關(guān)，較低的熱阻會(huì)降低運(yùn)行期間的T，從而減輕模塊暴露于熱應(yīng)的情況。易于操作是成本和可靠性的提高因素，易于操作的模塊安裝起來也更安全、更便宜。

功率模塊設(shè)計(jì)采用了0.38mm氧化鋁直接銅鍵合（DBC）基板、Wacker P12熱界材料TIM和彈簧加載觸電。這個(gè)配方正是工程師想要的良好耐熱性、長(zhǎng)壽命和易于操作。首先需要提高熱阻以跟上市場(chǎng)需求。沒有陶瓷基板的功率模塊的熱阻大約有50%來自功率模塊，另外50%來自TIM，因此改善兩個(gè)組件的熱阻是一個(gè)好想法。

陶瓷基板是功率模塊熱阻的關(guān)鍵決定因素，氮化鋁和氮化硅陶瓷基板的導(dǎo)熱性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷基板【圖1a】。氮化鋁陶瓷基板DCB的使用壽命不如氧化鋁DCB【圖1c】，添加到氮化鋁表面的薄氧化鋁層使其適用于DCB技術(shù)的氧化鋁陶瓷基板【圖1b】。氮化硅不是DCB技術(shù)的選項(xiàng)，但氮化鋁和氮化硅陶瓷基板與AMB活性金屬釬焊技術(shù)一起使用。銅和陶瓷之間的釬焊層可以更好低吸收應(yīng)力，因此AMB陶瓷基板的壽命比DCB陶瓷基板長(zhǎng)得多。

由于陶瓷基板的高斷裂韌性，AMB技術(shù)與氮化硅陶瓷基板的結(jié)合產(chǎn)生了最長(zhǎng)的使用壽命。盡管氮化硅的導(dǎo)熱性不如氮化鋁陶瓷基板，但其較高的抗彎強(qiáng)度確實(shí)允許使用AMB技術(shù)達(dá)到0.32毫米厚的層。較薄的陶瓷補(bǔ)償了較低的熱導(dǎo)率，因此兩種基板材料最終具有幾乎相同的熱阻【圖1d】。0.5mm氮化硅AMB銅的熱阻可與0.3mm氮化鋁AMB銅的熱阻相等，但功率模塊外殼專為布局側(cè)具有0.3mm銅的基板而設(shè)計(jì)。較厚的0.5mm銅層會(huì)壓縮彈簧觸點(diǎn)，因此必須修改觸點(diǎn)或外殼。0.3 和 0.5 mm 銅的熱阻之間的差異并不是那么顯著，與功率模塊中使用的其他結(jié)構(gòu)材料相比，TIM 的導(dǎo)熱率非常低，因此 TIM 層必須盡可能薄。

TIM 由通常由聚合物和高導(dǎo)熱固體材料制成的軟基體組成。這些熱界面材料必須填充功率模塊下方的微小口袋，因此固體材料的晶粒必須細(xì)小，并且必須優(yōu)化基體和固體材料的比例以實(shí)現(xiàn)流動(dòng)能力。TIM 的導(dǎo)熱性可以通過金屬等高導(dǎo)電性固體和充分利用固相和液相之間的潛熱的相變基質(zhì)來提高。PSX-P TIM 由鋁固體和相變基體材料組成，其導(dǎo)熱性是由陶瓷固體材料和非相變硅膠基體制成的 P12 TIM 的四倍。

PSX-P TIM 是一種固體材料，安裝在功率模塊的背面，并在固定到位后進(jìn)行熱處理。隨著擴(kuò)散材料填充蜂窩結(jié)構(gòu)中的微小口袋并且 TIM 層變得更薄，螺釘上的扭矩可能會(huì)降低。因此，螺釘?shù)臒崽幚砗碗S后的重新擰緊需要更大的處理工作。

易于處理是三個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)之一，因此進(jìn)行了 Rth 測(cè)量以評(píng)估熱處理和重新擰緊的效果。結(jié)果表明，在扭矩下限和上限下，在展開和重新擰緊之前和之后，Rth 是穩(wěn)定的。具有蜂窩結(jié)構(gòu)的固體 TIM 被推向散熱器，使其接觸表面，從而形成確保導(dǎo)熱性的熱橋。在第一次使用功率模塊時(shí)開始擴(kuò)散，但由于口袋太小，它僅略微提高了 Rth。TIM 鋪展后厚度減小，導(dǎo)致螺絲松動(dòng)，但模塊與散熱器之間的小間隙中的距離由基體的表面張力保持。

功率模塊設(shè)計(jì)采用具有 0.3、0.32 和 0.3 mm 層的氮化硅陶瓷基板AMB和PSX-P 相變TIM，具有更好的耐熱性和壽命特性，同時(shí)仍然易于處理具有 0.3、0.38 和 0.3mm 層的氧化鋁DCB 和 P12蒂姆。這使其成為對(duì)客戶有吸引力的提議。