碳化硅器件封裝面臨的挑戰(zhàn)
近20多年來，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、開關(guān)速度快等優(yōu)勢，逐漸受到人們越來越多的關(guān)注。
下圖給出了碳化硅材料與硅材料的性能對比，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倍的電場強(qiáng)度，使得碳化硅器件具有耐高壓特性；同時其熱導(dǎo)率和熔點均為硅材料的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關(guān)速度特性。
碳化硅器件的上述優(yōu)良特性，需要通過封裝與系統(tǒng)實現(xiàn)功率和信號的高效、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材料擊穿電場是硅的10倍，器件封裝內(nèi)部承受更高場強(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內(nèi)外研究進(jìn)展
面向未來電網(wǎng)輸變電裝備的應(yīng)用，高壓碳化硅器件需要達(dá)到萬伏級才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。目前，萬伏級碳化硅器件封裝技術(shù)仍處于實驗室研究階段。國外主要有美國Cree、日本KEPCO、美國北卡FREEDM、美國陸軍實驗室、美國弗吉尼亞理工大學(xué)、美國田納西大學(xué)、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工、英國諾丁漢大學(xué)等。而國內(nèi)針對高壓碳化硅封裝技術(shù)的研究仍處于起步階段，公開發(fā)表的成果較少，目前主要有北京智慧能源研究院對高壓碳化硅封裝技術(shù)進(jìn)行了一定的技術(shù)探索。關(guān)于萬伏級碳化硅器件封裝的研究機(jī)構(gòu)及樣品的現(xiàn)狀詳見下表。
（來源：功率半導(dǎo)體之家）
