隨著可用的寬帶隙半導體不斷在提高其工作電壓，其封裝中使用的電絕緣受到了越來越多的限制。在更準確地來說，用于要求苛刻的應用的陶瓷基板代表了一個關鍵的多功能元件，它負責將半導體芯片與電力系統的其余部分互連的金屬軌道的機械支撐，以及電絕緣和熱傳導。

其實在這種復雜的組件中，陶瓷、金屬軌道邊界和絕緣環境之間的三重結處的電場增強通常是一個關鍵點。當三個相點處的電場超過絕緣系統允許的臨界值時，這會妨礙設備性能并限制未來系統的額定電壓。這是提出的解決方案是基于陶瓷基板的形狀修改，通過創建一個臺面結構平臺來保持組件中的金屬軌道。數值模擬方法用于優化結構，在通過超聲波加工細化結構后，我們觀察到與傳統的金屬化陶瓷基板相比，在10pc靈敏度下，在具有臺面結構的基板中，局部放電檢測電壓顯著增加（30%）。

由于寬帶隙（WBG）半導體顯著引入電力電子系統，電力電子正處于重要發展的曙光。事實上，基于碳化硅（SiC）的技術發展允許開發能夠承受高于當前額定電壓（對于硅器件）以及潛在更高開發頻率的芯片。非常高電壓演示器的可用性（例如雙極二極管和晶體管），為電力電子領域的重大發展開辟了道路，但同時強調了在這場向可行的最高電壓SiC器件和功率模塊的競賽中開發新封裝策略的必要性。在當前的封裝策略中，增加電壓幾乎直接要求絕緣材料具有更高的介電強度。如果施加的約束繼續增加，就會達到內在的物理極限。

6.5KV硅絕緣柵雙極晶體管（IGBT模塊）的典型結構如圖1所示，模塊封裝的三個主要功能是保護和隔離芯片與環境，疏散芯片散發的熱量，最后提供芯片和電源端子之間的電氣連接。在模塊內部，半導體芯片被釬焊到金屬化陶瓷基板上，該基板必須既是優良的熱導體又是電絕緣體，最常用的陶瓷材料有氧化鋁（AI2O3）、氮化硅（SI3N4）和氮化鋁（AIN）。

金屬化通常由厚銅層進行，該銅層通過共晶鍵合工藝（直接鍵合銅、DBC）或活性金屬釬焊工藝（AMB）與氧化物連接。然后將陶瓷基板固定在基板（例如AISiC）上，這確保了組件的機械完整性以及向冷源的熱傳遞。整個組裝模塊通常浸沒在封裝材料中，通常是硅膠，以沿基板表面和模塊受強電場影響的其他部分之間提供介電保護。環氧樹脂可用于機械加固結構，尤其是連接處芯片正面的連接由鍵合線、絲帶或引腳，以電連接各種芯片和軌道。

以上描述的目的是為集成未來的超高壓組件提出一種原創解決方案，我們將15KV的設備作為我們研究的基礎，以匹配當前處于開發階段的組件，該研究側重于特別關鍵的區域，稱為三點區域，位于絕緣基板、金屬軌道和封裝的交叉點，如圖1所示.該區域是電場增強的位置，在額定電壓增加的情況下會特別強調系統的絕緣。為了確保未來更高電壓系統的可靠性，有必要集中研究減少封裝內部高電應力影響的方法，同時又不會（過多）影響散熱、高頻工作等方面的性能。

審核編輯：湯梓紅