富士电机开发用于HEV的直接水冷式车载IGBT模块

　　富士电机与日本山梨大学的研究小组开发出了小型轻量的直接水冷式车载IGBT模块，并在功率半导体国际会议“ISPSD 2013”（2013年5月26～30日在日本石川县金泽市召开，日本电气学会主办）上发表了该模块采用的技术。该模块的耐压为1200V，电流为500A，面积为320mm×170mm。据介绍，在海外，该模块已被用于2012年底上市的混合动力车（HEV），而在日本，将配备在预定2013年6月上市的HEV上。

　　原来的水冷式IGBT模块是把IGBT芯片封装在陶瓷基板上，在该基板下面配置名为“Base Plate”的金属板，然后在该金属板下面配置散热片。而直接水冷式IGBT模块省去了Base Plate，在散热片上配置封装有IGBT芯片的陶瓷基板，用水来冷却散热片。

　　其他公司也面向车载用途开发了直接水冷式IGBT模块，但此次开发品的特点在于陶瓷基板使用Al2O3、散热片使用铝。竞争产品大多是陶瓷基板使用Si3N4、散热片使用铜，或者陶瓷基板使用Al2O3、散热片使用铜。

　　此次使用Al2O3的主要目的是降低热阻，使IGBT模块实现小型化。虽然Al2O3的导热率比Si3N4低，但应力承受力强，容易减薄，因此可降低热阻。此外，陶瓷基板采用Al2O3时，还可加粗封装在基板上的铜布线，可进一步降低热阻。凭借这些手段，与原来的水冷式相比，这种直接水冷式模块将热阻降低了约30％。

　　散热片使用铝主要是为了实现轻量化。但Al2O3与铝的热膨胀系数相差较大，热循环时受到的应力会增大。因此，此次改进了Al2O3和铝焊接时的焊锡材料。

　　该模块使用锡锑（Sn-Sb）焊锡，研究小组使用成分比例不同的4种（Type1～4）锡锑焊锡，调查了发热循环时焊锡出现裂纹的状态，最终，实际采用了不易产生裂纹且容易用于制造工序的“Type3”，在-40℃至+105℃温度范围下进行2000次热循环试验也未出现裂痕。