株洲中车时代半导体有限公司 （以下简称中车时代半导体） 开发了具有自主知识产权的 PP IGBT 模块产品，并成功应用于国内柔性 HVDC 工程，图 3 是其PP IGBT 模块子单元和模块产品。该 IGBT 的芯片通过双面银烧结技术与钼片连接，然后组装成子单元，子单元与模块管盖电极通过柔性压力接触，实现并联。银烧结工艺技术提升了模块的长期可靠性，柔性压接提高了芯片压力的均匀性，有助于提升芯片电学性能和热学性能的一致性。目前，中车时代半导体的 PPIGBT 产品的电压等级已经达到了 6 500 V，是市场上的第一家达到该电压等级的产品[8]。
1.3 先进工业级 IGBT 模块
62 mm ×152 mm IGBT 半桥模块被认为是最成功的IGBT 模块产品之一，如英飞凌 EconoDUAL 系列产品和其他半导体厂家同类封装的产品。该类半桥模块具有功率密度高、可靠性高、应用简单、成本低等优势，在工业、新能源和商用农用车领域的应用非常广泛。
目前，这类封装的 1 200 V 和 1 700 V IGBT 模块的最大电流已经达到 900 A，相较于早期提供的 450 A 产品，功率密度最高提升了 1 倍，可满足新能源领域更高功率的需求。此外，在采用最新的 IGBT 芯片和 FRD 芯片提升电学性能的同时，模块的封装材料技术也在进行升级，如主端子与衬板连接以及衬板互连采用铜线、预涂敷相变导热硅脂材料 （Phase Change Thermal Inter‐face Material， PCTIM）、 IMB 和环 氧 树 脂 灌 封 材 料（Epoxy Molding Compound， EMC）、 采用 PressFIT 辅助端子等，以满足大电流输出和更高可靠性的要求。近 2 年，62 mm ×152 mm 封装 IGBT 模块产品的升级主要有以下 2 个方面：
①采用黑色外壳无基板封装结构，如图 4 所示。由于产品底部没有基板，实现了“结-壳”热阻 （RthJ-C）、重量和成本的降低。应用时通过外壳上的安装孔将衬板与散热器压装在一起，并且对主端子结构也进行了优化，主端子和辅助端子都通过超声焊接技术与衬板连接，从而提高了电流能力、热性能和机械可靠性，大幅降低了母排端子的寄生电阻和最高温度[25-27]。仿真结果显示，在 2.5 kHz 的开关频率和强迫风冷条件下，电流输出能力比标准模块提升了 9%，而在更高频率下其优势更加明显[27]。
②基板集成铝带结构 （Wave），可实现直接水冷散热[28]，其产品如图 5 所示。通过热仿真和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD） 仿真设计铝带的结构、尺寸、形状、布局，以实现最低的“结-冷却液”热阻 RthJ-F 和降低冷却液进出口之间的流阻。铝带键合在普通基板背面通过引线键合完成，工艺比较简单，相对于直接水冷针翅基板，可以大幅降低成本，并且重量降低很多，同时在应用中不需要涂覆导热硅脂，节省了成本，降低了 RthJ-F，从而提升了模块电流能力 ， 增强 了 产 品 可 靠 性[28-29]。 1 200 V/900 A 规格IGBT 模块的 RthJ-F为 0.08 K/W 左右，与预涂导热硅脂材料、没有铝带的标准模块的“结-散热器”热阻 RthJ-H0.07 K/W 相差不大，而后者在应用中还要考虑散热器的热阻影响。试验结果显示，在输出电流 500 A 和冷却水流量 15 L/min 的条件下，集成铝带结构的 IGBT 最高结温降低 25 K，而且温度波动很小；在相同的结温下，输出电流最高增加 20%~30%，寿命增加了 5 倍，模块结温和寿命比较如图 6 所示[29]。
