富士電機與日本山梨大學的研究小組開發(fā)出了小型輕量的直接水冷式車載IGBT模塊，并在功率半導體國際會議“ISPSD 2013”（2013年5月26～30日在日本石川縣金澤市召開，日本電氣學會主辦）上發(fā)表了該模塊采用的技術。該模塊的耐壓為1200V，電流為500A，面積為320mm&TImes;170mm。據介紹，在海外，該模塊已被用于2012年底上市的混合動力車（HEV），而在日本，將配備在預定2013年6月上市的HEV上。
原來的水冷式IGBT模塊是把IGBT芯片封裝在陶瓷基板上，在該基板下面配置名為“Base Plate”的金屬板，然后在該金屬板下面配置散熱片。而直接水冷式IGBT模塊省去了Base Plate，在散熱片上配置封裝有IGBT芯片的陶瓷基板，用水來冷卻散熱片。
其他公司也面向車載用途開發(fā)了直接水冷式IGBT模塊，但此次開發(fā)品的特點在于陶瓷基板使用Al2O3、散熱片使用鋁。競爭產品大多是陶瓷基板使用Si3N4、散熱片使用銅，或者陶瓷基板使用Al2O3、散熱片使用銅。
此次使用Al2O3的主要目的是降低熱阻，使IGBT模塊實現小型化。雖然Al2O3的導熱率比Si3N4低，但應力承受力強，容易減薄，因此可降低熱阻。此外，陶瓷基板采用Al2O3時，還可加粗封裝在基板上的銅布線，可進一步降低熱阻。憑借這些手段，與原來的水冷式相比，這種直接水冷式模塊將熱阻降低了約30％。
散熱片使用鋁主要是為了實現輕量化。但Al2O3與鋁的熱膨脹系數相差較大，熱循環(huán)時受到的應力會增大。因此，此次改進了Al2O3和鋁焊接時的焊錫材料。
該模塊使用錫銻（Sn-Sb）焊錫，研究小組使用成分比例不同的4種（Type1～4）錫銻焊錫，調查了發(fā)熱循環(huán)時焊錫出現裂紋的狀態(tài)，最終，實際采用了不易產生裂紋且容易用于制造工序的“Type3”，在-40℃至+105℃溫度范圍下進行2000次熱循環(huán)試驗也未出現裂痕。
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