为极好的低热组和耐用性而设计

　　半导体功率模块中使用的安装和连接技术在很大程度上决定了模块的成本、可靠性、电特性和热特性。SEMIKRONSKiiP®技术所采用的安装和连接原理15多年来已经在很大的功率范围内在诸多应用领域得到了成功的应用。高电流密度芯片的发展，在诸如混合动力汽车等对环境温度和耐久性指标提出更高要求的应用领域，以及新的环境标准(关键点就是无铅焊接)的出炉，均使得安装和连接技术成为持续题高及适应这些需要的关键因素。

　　SKiiP®技术压接系统

　　就基本设计原理而言有两种类型的功率模块：带底板的功率模块和不带底板的功率模块。这两种模块存在的共同点就是为了提供电气隔离而将硅片焊接在片状的陶瓷基板上(DCB)。在大多数模块中，陶瓷基板被焊接到铜底板上。铜底板的功能就是确保机械稳定性、确保热传递并提供到散热器的良好的热连接。通常，模块通过位于外部的螺孔固定在散热器上。

　　对于低功率等级的小模块，也就是散热比较少的模块，就底板功能而言并不是必须的，因此可以去掉，这便降低了成本。然而模块的基本机械设计没有变。高功率等级的大型模块不能如此设计，因为大的片状陶瓷基板在没有铜底板的额外支撑下会弯曲变形，这会导致模块与散热器接触不均匀，从而出现“过热点”。

　　SKiiP®技术想进一步消除弯曲变形和“过热点”的问题，同时增加模块的功率密度。除了不用底板外，压接系统将DCB通过几个均匀的触点直接压接到散热器上。

　　对于底部面积比较小的模块如SEMITOP®或MiniSKiiP®模块，模块外壳的设计和材料必须确保安装螺钉的压力通过压力柱传递到DCB。这种情况下模块外壳还肩负着传送压力的双重作用。

　　对于大的模块如SKiiP®，SKiiP®2/3或SKAI™，集成的压力柱和簧片用于施加所需的压力。除了集成的压力柱外，还有一个桥式元件用于将压力传递到DCB。很多情况下，用做电气连接的焊锡连接已经被淘汰，而压力接触界面(例如MiniSKiiP®的弹簧)已经用在了功率电路和门极驱动电路的连接。同时它们也可以作为DCB的附加的压力触点。

　　到散热器的热连接

　　导热硅脂是功率模块和散热器之间的典型的导热材料。由于和金属材料相比导热硅脂的热导率相对较低，接口的接触电阻占了结到散热器之间整个热阻的很大部分。

　　带底板的模块用于已存在的铜底板来补偿陶瓷基板和铜底板间结合处存在的双金属面效应。与安装螺钉外部位置相连接，这便导致了在底板下面会出现相对较大的空隙。通常为了填补这些空隙需要使用100mm厚的导热硅脂。

　　使用SKiiP®技术的模块只需要厚度为25-50mm的一薄层导热硅脂，就能使陶瓷基片具备极大的弹性，并在DCB上形成均匀的压力分布。这种差别对芯片到散热器之间的热阻有巨大的影响，如不考虑热传导，所计算出来的热阻仅仅具有指导意义。在此基础上，较薄的导热硅脂加上省去了铜底板的使用SKiiP®技术的模块会使热阻降低超过40%。

　　热传导

　　模块底板的一个重要功能是增进热传导。热传导指的是一个事实，由于铜底板良好的热传导性，因此它能够增加总的有效的热传导面积，从而提高热传导率，减小了热阻。

　　为了补偿模块因缺少底板所造成的热传导效应所带来不利，赛米控使用小芯片并联来代替单个的大芯片。

　　当用四个并联小芯片来代替单个大芯片时，不利于模块持久性工作的大芯片的温度曲线降低了。还可以看出当在小芯片间保持适当的间距时完全可以消除温度效应的不利影响。

　　和有底板的模块相比，无底板的模块当芯片间间距增加时芯片最高温度的降低越发明显，原因在于单个的芯片与铜底板没有热路连接。

　　如果仅仅考虑小的并联芯片及较薄的导热硅脂所带来的正面影响，我们就不难明白采用SKiiP®技术的模块和传统的带底板的模块相比，具有热阻低，运行温度也低的优点。当然这意味着对于同样额定功率等级的模块，可以实现更高的电流密度，更小的模块封装以及更低的封装成本。

　　可靠性和耐用性

　　采用SkiiP技术的另一个好处就是模块具有较好的功率和温度循环耐力。当带底板的模块达到了寿命的末期时，底板和陶瓷基板之间的焊接层将会因温度的变化而导致材料疲劳进而发生分层现象。这种分层现象会导致热阻的增加，因此芯片运行温度也会增加，最终会导致连线脱落发生故障。

　　模块和相应的焊接层越大，则缺陷产生的概率也越高，因为大面积焊接很难控制。为了改进焊接层的耐用性，经常使用易于延展的含铅焊剂。然而在不远的将来，新的无铅管理规则将会禁止含铅焊剂的使用。

　　对于无底板模块，所有不利的因素，包括导致故障的原因，都通过采用先进技术而消除。而且压接系统还可以保证在模块的整个生命周期内热阻都是恒定不变的，从而提高了模块的可靠性和耐用性。

　　总之，基于SKiiP®技术的源自赛米控的SEMITOP®,MiniSKiiP®,SKiiP®2/3,SKAI™andSKiM®等模块和系统涵盖了很广的功率范围，即从0.55kW到1MW。事实上，这些产品是紧凑的、低成本的和耐用的系统的设计基础。