為極好的低熱組和耐用性而設計

　　半導體功率模塊中使用的安裝和連接技術在很大程度上決定了模塊的成本、可靠性、電特性和熱特性。SEMIKRONSKiiP®技術所采用的安裝和連接原理15多年來已經在很大的功率范圍內在諸多應用領域得到了成功的應用。高電流密度芯片的發展，在諸如混合動力汽車等對環境溫度和耐久性指標提出更高要求的應用領域，以及新的環境標準(關鍵點就是無鉛焊接)的出爐，均使得安裝和連接技術成為持續題高及適應這些需要的關鍵因素。

　　SKiiP®技術壓接系統

　　就基本設計原理而言有兩種類型的功率模塊：帶底板的功率模塊和不帶底板的功率模塊。這兩種模塊存在的共同點就是為了提供電氣隔離而將硅片焊接在片狀的陶瓷基板上(DCB)。在大多數模塊中，陶瓷基板被焊接到銅底板上。銅底板的功能就是確保機械穩定性、確保熱傳遞并提供到散熱器的良好的熱連接。通常，模塊通過位于外部的螺孔固定在散熱器上。

　　對于低功率等級的小模塊，也就是散熱比較少的模塊，就底板功能而言并不是必須的，因此可以去掉，這便降低了成本。然而模塊的基本機械設計沒有變。高功率等級的大型模塊不能如此設計，因為大的片狀陶瓷基板在沒有銅底板的額外支撐下會彎曲變形，這會導致模塊與散熱器接觸不均勻，從而出現“過熱點”。

　　SKiiP®技術想進一步消除彎曲變形和“過熱點”的問題，同時增加模塊的功率密度。除了不用底板外，壓接系統將DCB通過幾個均勻的觸點直接壓接到散熱器上。

　　對于底部面積比較小的模塊如SEMITOP®或MiniSKiiP®模塊，模塊外殼的設計和材料必須確保安裝螺釘的壓力通過壓力柱傳遞到DCB。這種情況下模塊外殼還肩負著傳送壓力的雙重作用。

　　對于大的模塊如SKiiP®，SKiiP®2/3或SKAI™，集成的壓力柱和簧片用于施加所需的壓力。除了集成的壓力柱外，還有一個橋式元件用于將壓力傳遞到DCB。很多情況下，用做電氣連接的焊錫連接已經被淘汰，而壓力接觸界面(例如MiniSKiiP®的彈簧)已經用在了功率電路和門極驅動電路的連接。同時它們也可以作為DCB的附加的壓力觸點。

　　到散熱器的熱連接

　　導熱硅脂是功率模塊和散熱器之間的典型的導熱材料。由于和金屬材料相比導熱硅脂的熱導率相對較低，接口的接觸電阻占了結到散熱器之間整個熱阻的很大部分。

　　帶底板的模塊用于已存在的銅底板來補償陶瓷基板和銅底板間結合處存在的雙金屬面效應。與安裝螺釘外部位置相連接，這便導致了在底板下面會出現相對較大的空隙。通常為了填補這些空隙需要使用100mm厚的導熱硅脂。

　　使用SKiiP®技術的模塊只需要厚度為25-50mm的一薄層導熱硅脂，就能使陶瓷基片具備極大的彈性，并在DCB上形成均勻的壓力分布。這種差別對芯片到散熱器之間的熱阻有巨大的影響，如不考慮熱傳導，所計算出來的熱阻僅僅具有指導意義。在此基礎上，較薄的導熱硅脂加上省去了銅底板的使用SKiiP®技術的模塊會使熱阻降低超過40%。

　　熱傳導

　　模塊底板的一個重要功能是增進熱傳導。熱傳導指的是一個事實，由于銅底板良好的熱傳導性，因此它能夠增加總的有效的熱傳導面積，從而提高熱傳導率，減小了熱阻。

　　為了補償模塊因缺少底板所造成的熱傳導效應所帶來不利，賽米控使用小芯片并聯來代替單個的大芯片。

　　當用四個并聯小芯片來代替單個大芯片時，不利于模塊持久性工作的大芯片的溫度曲線降低了。還可以看出當在小芯片間保持適當的間距時完全可以消除溫度效應的不利影響。

　　和有底板的模塊相比，無底板的模塊當芯片間間距增加時芯片最高溫度的降低越發明顯，原因在于單個的芯片與銅底板沒有熱路連接。

　　如果僅僅考慮小的并聯芯片及較薄的導熱硅脂所帶來的正面影響，我們就不難明白采用SKiiP®技術的模塊和傳統的帶底板的模塊相比，具有熱阻低，運行溫度也低的優點。當然這意味著對于同樣額定功率等級的模塊，可以實現更高的電流密度，更小的模塊封裝以及更低的封裝成本。

　　可靠性和耐用性

　　采用SkiiP技術的另一個好處就是模塊具有較好的功率和溫度循環耐力。當帶底板的模塊達到了壽命的末期時，底板和陶瓷基板之間的焊接層將會因溫度的變化而導致材料疲勞進而發生分層現象。這種分層現象會導致熱阻的增加，因此芯片運行溫度也會增加，最終會導致連線脫落發生故障。

　　模塊和相應的焊接層越大，則缺陷產生的概率也越高，因為大面積焊接很難控制。為了改進焊接層的耐用性，經常使用易于延展的含鉛焊劑。然而在不遠的將來，新的無鉛管理規則將會禁止含鉛焊劑的使用。

　　對于無底板模塊，所有不利的因素，包括導致故障的原因，都通過采用先進技術而消除。而且壓接系統還可以保證在模塊的整個生命周期內熱阻都是恒定不變的，從而提高了模塊的可靠性和耐用性。

　　總之，基于SKiiP®技術的源自賽米控的SEMITOP®,MiniSKiiP®,SKiiP®2/3,SKAI™andSKiM®等模塊和系統涵蓋了很廣的功率范圍，即從0.55kW到1MW。事實上，這些產品是緊湊的、低成本的和耐用的系統的設計基礎。