基于混合IC封装技术的多芯片模块封装发展趋势

从20世纪80年代中期开始发展各种电力电子模块，但集成度较低。90年代中期相继发展了电力电子积木块（PEBB）和集成电力电子模块（IPEM）。至今，已经出现了许多通用及专用功率模块，早已突破最初几个芯片互连的概念，迈向将功率器件与控制、驱动及各种保护等芯片集于一体的智能化模块时代。

为开发高性能的产品，以混合IC封装技术为基础的多芯片模块（MCM）封装成为目前发展主流，不仅可将各类芯片安装在同一基板上，而且采用有源基板、多层、嵌入式封装，在三维空间内将多个不同工艺的芯片互连，构成完整功能的模块。MCM封装解决了两种或多种不同工艺的芯片安装、大电流布线、电热隔离等技术问题，成为电力半导体器件封装的重要手段，并为模块智能化创造了工艺条件。

目前，功率模块的发展主要解决以下两个方面的问题：一是组合装配和连接技术，不断提高模块抗温度和负载变化的可靠性，通过绝缘基板、底板及散热器等改善散热效果，通过改善外壳和灌注材料和配方来提高抗气候变化的适应性，优化内部连接、外部配件布线及外形，使安装更简便，降低成本，提高回收再利用的可能性；二是提高集成化程度，包括提高功率模块的集成规模以降低系统成本，提高控制、监测和保护，以及整个系统的集成度。通过提高集成度、缩小结构尺寸和更精确控制，使现代电力半导体器件的特性逐步接近半导体硅材料的物理极限值。(www.xing528.com)

采用宽禁带的碳化硅（SiC）以及氮化镓（GaN），比硅材料有更低的通态和开关损耗、更高耐热温度和更好的导热性^[68]。目前，碳化硅肖特基二极管被广泛使用在模块中。在电压低于1kV范围内，采用硅基功率MOSFET和IGBT完全可以满足应用需要，故在此电压范围内，不需要用宽禁带材料的器件，但在高于1kV电压时，采用宽禁带材料的器件性能则更胜一筹。由于使用宽禁带半导体材料成本过高，因此，只有在功率要求特别高、损耗极小以及特定温度、电压及频率等要求下，当硅器件不能满足要求时，才考虑使用宽禁带材料的器件。

相对于功率模块而言，由于单片PIC在功耗、散热等方面的限制，以及功率器件常用纵向结构而难以完成单片集成等原因，使得PIC的发展比功率模块的发展更为缓慢。在一定条件下，混合IC封装有更好的技术性能与较低的成本，并具备良好的可实现性，在信息电子领域中已有很多成功之例，如微处理器内核与高速缓存封装构成奔腾处理器。智能功率模块（IPM）采用混合IC技术方案，同样可达到集成的目的，模块封装可以较好地解决不同工艺芯片间的电路组合、高电压隔离、分布参数、电磁兼容、功率器件散热等关键技术问题。针对实际生产中的技术与工艺难点进行封装，现以中功率IPM、DC/DC模块为主流，进一步向大功率发展。