1　概论

1.1　研究背景

半导体集成电路和半导体功率器件，作为半导体器件主体的微电子器件的两大分支，前者用于信息处理，后者用于能量（电能）处理。1980年以后国际上主流的半导体功率器件由可控硅发展为更先进的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。它用起来更简单方便，用它制造的电力装置体积小、重量轻、成本低、更节能。

受到迅速发展的微电子集成电路的影响，20世纪80年代初期，有人提出了“用少量的集成好的模块来取代分立元件”的概念。20世纪90年代初，美国海军部提出了“电力电子积木模块（Power Electronics Building Block）”的概念。针对商用的中、小功率场合，美国电力电子系统研究中心提出“集成电力电子模块（Integrated Power Electronics Module，IPEM）”的概念［1-2］。电力电子系统集成的思想是采用集成系统的方法，将智能的具有通用性的电力电子标准模块像搭积木一样组合在一起，方便地构成各种不同的电能变换系统。在电力电子集成系统中，各分立元器件被标准化模块，即IPEM取代［3］。

电力电子集成系统的复杂性决定了电子封装技术在工艺中的重要性。电子封装技术专业于2007年获得教育部批准建立，和传统电子封装技术相比，电力电子封装面临更大的挑战。与普通IC封装相比，电力电子器件封装的形式有较大差异，普通IC封装模块尺寸较小、工艺相对简单，封装形式主要有单列直插式（SIP）、双列直插式（DIP）、表面贴装式（PLCC）、四方扁平封装（QFP）、球栅阵列封装（BGA）、芯片级封装（CSP）等，而大功率电力电子器件IGBT的封装尺寸较大且工序流程较为复杂，往往会结合几种封装形式于一体。一般来说，电力电子器件封装需经过芯片和衬板焊接、衬板和底铜板焊接、安装外壳、灌注硅胶、密封、终测等步骤。另外，普通IC封装处理的主要对象是数字信号，电压电流小，引脚数目多，封装时需要考虑的重点是内部电路结构以及引脚互连，而IGBT本身只是一个器件，没有电路，所以不存在电路设计问题，由于高电压大电流的主电路和其他低压小电流电路的集成工艺完全不同，大功率模块的封装更主要的目的是使模块具备更大的电流承载能力、更高的功率密度和更高效的散热能力；另一方面，对集成模块封装技术的研究是研究与之相关的各类问题的基础和平台，主电路、控制电路等的优化设计与实现、模块内的电磁兼容问题、寄生参数等的分析、控制传感技术以及高效的散热方式等，几乎所有相关研究都必须在此基础上展开［4］。

IGBT模块作为集成电力电子模块的重要器件，在工业领域中扮演着极其重要的角色。IGBT是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低，集合了高频、高压、大电流三大技术优势，能够实现节能减排，具有很好的环境保护效益。IGBT被公认为是电力电子技术第三次革命最具代表性的产品，是未来应用发展的必然方向［5］。