市面上趨勢表明，低熱阻、長壽命和易于處理是工程師最為看重的功率模塊屬性。低熱阻是一個優(yōu)勢，因為它可以提高模塊的額定功率。以下就是討論功率模塊與氮化硅陶瓷基板AMB的優(yōu)勢，并與傳統(tǒng)對應(yīng)物進行了比較。

使用壽命長有利于大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用，但對于太陽能逆變器來說，使用壽命往往為更重要，因為面板非常耐用，并且可以在未來幾十年內(nèi)持續(xù)提供回報。使用壽命和熱阻相關(guān)，較低的熱阻會降低運行期間的T，從而減輕模塊暴露于熱應(yīng)的情況。易于操作是成本和可靠性的提高因素，易于操作的模塊安裝起來也更安全、更便宜。

功率模塊設(shè)計采用了0.38mm氧化鋁直接銅鍵合（DBC）基板、Wacker P12熱界材料TIM和彈簧加載觸電。這個配方正是工程師想要的良好耐熱性、長壽命和易于操作。首先需要提高熱阻以跟上市場需求。沒有陶瓷基板的功率模塊的熱阻大約有50%來自功率模塊，另外50%來自TIM，因此改善兩個組件的熱阻是一個好想法。

陶瓷基板是功率模塊熱阻的關(guān)鍵決定因素，氮化鋁和氮化硅陶瓷基板的導(dǎo)熱性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷基板【圖1a】。氮化鋁陶瓷基板DCB的使用壽命不如氧化鋁DCB【圖1c】，添加到氮化鋁表面的薄氧化鋁層使其適用于DCB技術(shù)的氧化鋁陶瓷基板【圖1b】。氮化硅不是DCB技術(shù)的選項，但氮化鋁和氮化硅陶瓷基板與AMB活性金屬釬焊技術(shù)一起使用。銅和陶瓷之間的釬焊層可以更好低吸收應(yīng)力，因此AMB陶瓷基板的壽命比DCB陶瓷基板長得多。

由于陶瓷基板的高斷裂韌性，AMB技術(shù)與氮化硅陶瓷基板的結(jié)合產(chǎn)生了最長的使用壽命。盡管氮化硅的導(dǎo)熱性不如氮化鋁陶瓷基板，但其較高的抗彎強度確實允許使用AMB技術(shù)達到0.32毫米厚的層。較薄的陶瓷補償了較低的熱導(dǎo)率，因此兩種基板材料最終具有幾乎相同的熱阻【圖1d】。0.5mm氮化硅AMB銅的熱阻可與0.3mm氮化鋁AMB銅的熱阻相等，但功率模塊外殼專為布局側(cè)具有0.3mm銅的基板而設(shè)計。較厚的0.5mm銅層會壓縮彈簧觸點，因此必須修改觸點或外殼。0.3 和 0.5 mm 銅的熱阻之間的差異并不是那么顯著，與功率模塊中使用的其他結(jié)構(gòu)材料相比，TIM 的導(dǎo)熱率非常低，因此 TIM 層必須盡可能薄。

TIM 由通常由聚合物和高導(dǎo)熱固體材料制成的軟基體組成。這些熱界面材料必須填充功率模塊下方的微小口袋，因此固體材料的晶粒必須細小，并且必須優(yōu)化基體和固體材料的比例以實現(xiàn)流動能力。TIM 的導(dǎo)熱性可以通過金屬等高導(dǎo)電性固體和充分利用固相和液相之間的潛熱的相變基質(zhì)來提高。PSX-P TIM 由鋁固體和相變基體材料組成，其導(dǎo)熱性是由陶瓷固體材料和非相變硅膠基體制成的 P12 TIM 的四倍。

PSX-P TIM 是一種固體材料，安裝在功率模塊的背面，并在固定到位后進行熱處理。隨著擴散材料填充蜂窩結(jié)構(gòu)中的微小口袋并且 TIM 層變得更薄，螺釘上的扭矩可能會降低。因此，螺釘?shù)臒崽幚砗碗S后的重新擰緊需要更大的處理工作。

易于處理是三個優(yōu)先事項之一，因此進行了 Rth 測量以評估熱處理和重新擰緊的效果。結(jié)果表明，在扭矩下限和上限下，在展開和重新擰緊之前和之后，Rth 是穩(wěn)定的。具有蜂窩結(jié)構(gòu)的固體 TIM 被推向散熱器，使其接觸表面，從而形成確保導(dǎo)熱性的熱橋。在第一次使用功率模塊時開始擴散，但由于口袋太小，它僅略微提高了 Rth。TIM 鋪展后厚度減小，導(dǎo)致螺絲松動，但模塊與散熱器之間的小間隙中的距離由基體的表面張力保持。

功率模塊設(shè)計采用具有 0.3、0.32 和 0.3 mm 層的氮化硅陶瓷基板AMB和PSX-P 相變TIM，具有更好的耐熱性和壽命特性，同時仍然易于處理具有 0.3、0.38 和 0.3mm 層的氧化鋁DCB 和 P12蒂姆。這使其成為對客戶有吸引力的提議。