高功率使用需要高功率密度和靠得住且本钱正当的功率半导体。分立器件下降了解决计划的总成本，但必需经受重负载轮回时期的高热请求。为了餍足此类请求，功率半导体应拥有较低的整体消耗，应用规范封装中可用的芯片，并拥有精良的冷却体系。
假定分立器件能够像外貌贴装器件 (SMD) 同样装置，则经由过程间接铜键合(DCB) 安装在水冷散热器上的分立器件是设想工程师可用的一种解决计划。
TO-247PLUS 是一种现实的封装，可包容高功率密度解决计划所需的大型芯片 [1]。为了限度地进步其热功能，从器件芯片到冷却体系都需求较低的热阻。一种解决计划是经由过程 DCB 将封装后面焊接到水冷散热器。作为保举用于
接的规范通孔器件 (THD)，咱们对封装进行了改良以经受回流焊接工艺。TO-247PLUS 封装的改进版本是依据 JEDEC J-STD-020E 规范举行设想和鉴定的。
在 TO-247PLUS SMD 封装的开辟过程当中进行了屡次模仿。这些模仿中思量的器件应用可装入 TO247PLUS 封装的芯片尺寸。要懂得应用可回流焊 TO-247PLUS 的上风，必需起首考证全部体系的热阻。
在对 DCB 上组装的设置装备摆设举行可靠性测试以前，应用有限元法 (FEM) 软件 Ansys 举行热模仿。它们初次表了然分歧范例 DCB 资料的体系热功能。为了简化 DUT 模子，因为仿真重点存眷结点到环境的热流，是以省略了接线。DCB 应用两个铜层，层之间有 Al 2 O 3陶瓷资料。该模子应用的三层资料厚度分别为 0.3 妹妹 Cu、0.38 妹妹 Al 2 O 3、和0.3毫米铜，分手。DUT 应用 80 m SAC 合金焊接到顶部 Cu DCB 层，而 DCB 的底部铜焊接到铜基板。而后将模仿结果与实践值举行比拟。图 1 展示了模仿体系。
图片由博多电力体系供应
而后依据芯片加热至 150°C 20 秒以达到芯片、DCB 和基板之间的动态热漫衍后的冷却曲线肯定热阻抗。应用分歧尺寸和厚度的 DCB 铜进行了进一步的测试。还思量了焊料品质，以懂得其对体系整体热阻的影响。表 1 总结了分歧 DCB 资料的模仿 R th(ja) 。
表 1. 分歧 DCB 资料和组装工艺的模仿 Rth(ja) 总结。
增添 DCB 尺寸能够下降体系热阻抗，同时缩小 DCB 铜厚度会增添 R th(ja)。一个关头参数是单个焊料浮泛，在该参数下能够看到 R th(ja)光鲜明显增添。为了进步 DUT、DCB 和基板之间连贯的强度和品质以及团体热功能，应思量应用银烧结而不是焊接工艺。
为了评价 TO 247PLUS SMD 封装的热功能，在逆变器使用中进行了高电流测试。DUT 在 DCB 中组装并在使用相干条件下举行测试。这些评价中应用的测试样品是 750 V/200 A EDT2 IGBT，与 200 A EmCon3
配合封装在 TO-247PLUS SMD 封装中，专为主逆变器体系而设想，分外适用于修筑、商用和农用车辆（ CAV）使用。EDT2 IGBT 手艺拥有微图案沟槽场阑，可光鲜明显下降导通和关断
消耗，并针对 10 kHz 范围内的开关频次举行优化。图 2 描绘了安装在基板上的 DCB 中 DUT 的测试组件。
两个器件以 B6 设置并联，总共有 12 个测试样本。所有 DUT 均经由过程回流焊焊接至 DCB 并装置至水冷基板。负载为永磁机电。热电偶用于监测设置装备摆设温度、基板和进水/出水口。该逆变器的母线电压配置为 310 V，水温配置为 27°C。
图 2. 测试装置。12 个单位（750 V/200 A EDT2 IGBT）安装到带有水冷基板的 DCB 上。图片由博多电力体系供应 [PDF]
热测试触及卑劣条件下的使用情形。在低开关频次下，逆变器在其每一个相脚上运转，以长期传导高峰值电流。假如冷却设想不合适，IGBT/二极管就会被加热，以至大概跨越芯片的温度。
图 3 表现了示例电流波形，相当于锁定在 4 kHz 的转子。机电的转子锁定类似于短路测试。测得的逆变器输入峰峰值电流为 1092 A，从而发生 315 A RMS 电流。这基本上是无功电流，由于它在空载下运转，而且输入频次异常低，为 1 Hz。当对逆变器施加约 500 A 至 1000 A 的负载并继续必定时候时，测量了测试设置装备摆设的温度。
图 3. 逆变器的峰峰值输入电流波形。图片由博多电力体系供应 [PDF]
表 2 列出了事情频次为 10 kHz 的逆变器对应的负载电流和继续时候。在 986 A 峰峰值电流（相当于 284 A RMS 电流）下，继续 24 秒会将 DUT 加热至温度 112°C。考虑到以 4 kHz 开关频次运转的逆变器，表 3 列出了转子锁定条件下的等效负载电流和继续时候。在 1092 A 峰峰值电流（相当于 315 A RMS 电流）下，继续 1 分钟会将 DUT 加热至温度 105°C。所有发生的 DUT 温度均在器件 175°C 的同意事情结温范围内。
归纳综合
TO-247PLUS SMD 是现实的分立式封装，适用于需要高功率密度和靠得住的功率半导体且本钱正当的严苛使用。该封装可以或许回流焊接到 DCB，而不会致使分层。这限度地减少了热阻从器件芯片到 DCB 基板。热模仿注解，单个焊接空地空闲对全部体系的热性能有伟大影响，而银烧结能够大大进步体系的导热率。使用测试考证了 EDT2 IGBT 与 EmCon3 二极管配合封装在 TO 247PLUS SMD 封装中，能够餍足 CAV 等高功率使用的请求。转子锁定测试与体系短路测试至关致使设置装备摆设同意事情运转。
关键词：TO-247PLUS