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本文由Fengze Hou（荷兰代尔夫特理工大学微电子系、中国科学院微电子研究所、国家先进封装中心）、Wenbo Wang（深圳宽禁带半导体研究所）、Liqiang Cao、Jun Li、Meiying Su、Tingyu Lin（国家先进封装中心）、Guoqi Zhang（代尔夫特理工大学）及Braham Ferreira（荷兰特文特大学）合作完成，发表于2020年3月的IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics。文章题为《Review of Packaging Schemes for Power Module》，系统综述了碳化硅（SiC）功率模块的封装技术，重点分析了低寄生电感和高效散热的互连方案，并总结了当前面临的科学挑战。

1. SiC器件的材料特性与封装需求

SiC因其宽禁带（3倍于硅）、高击穿电场（10倍于硅）和高饱和漂移速度，适用于高温、高压及高频场景。然而，传统铝线键合（wirebonded）封装因寄生电感（>10 nH）和单面散热问题限制了SiC性能。文章指出，SiC MOSFET的快速开关速度（dv/dt达100 kV/μs，di/dt达10 kA/μs）对封装提出更严苛要求：需降低寄生电感以抑制电压过冲，并优化双面散热以应对高频下的功率损耗密度。

2. 硅基功率模块的封装技术基础

作者首先回顾了硅（Si）功率模块的封装方案，为SiC封装提供技术参考：
- 平面互连技术：如西门子的SIPLIT（Planar Interconnect Technology）采用厚铜互连，寄生电感降低50%，热阻减少20%；三菱的DLB（Direct Lead Bonding）技术通过铜引线键合实现43%的电感削减。
- 压接式封装（Press-Pack）：通过压力接触替代键合线，适用于高电压场景，但需解决热机械应力问题。
- 嵌入式封装：如陶瓷嵌入式模块通过多层金属化实现75%的电感降低；PCB嵌入式技术（如Fraunhofer IZM的方案）利用微孔电镀实现三维集成。
- 三维互连方案：如微柱（Micro-Post）结构通过铜柱实现双面散热，热阻降至0.33 cm²·°C/W。

3. SiC功率模块的封装技术进展

针对SiC的特性，研究者开发了多种新型封装：
- 平面封装：如Rhee等提出的双面冷却模块采用Bi-Ag焊料（耐温260°C以上），热性能提升2倍；通用电气的POL（Power Overlay）技术通过柔性基板铜互连，电压过冲降低28%。
- 压接式方案：Zhu等基于LTCC（低温共烧陶瓷）中介层的微弹簧接触结构，实现550 pH的超低寄生电感。
- 三维封装：如Seal等开发的芯片级无键合（flip-chip）技术，通过镍金重布线减少24%导通电阻；富士电气的铜针互连结构（Cu Pin）将热阻降低50%。
- 混合封装：如DBC与PCB的混合布局通过磁抵消效应将寄生电感压至0.79 nH。

4. SiC封装的科学挑战

文章总结了当前技术瓶颈：
- 快速开关带来的问题：高dv/dt导致串扰（crosstalk），低阈值电压（2.6 V）易引发误触发；高di/dt需将寄生电感控制在1 nH以下以抑制电压过冲。
- 散热需求：高频下功率密度剧增，需开发双面或沸腾冷却方案。
- 材料限制：现有封装材料（如焊料、灌封胶）耐温仅175°C，与SiC的600°C潜力不匹配，需开发高温稳定的烧结材料（如纳米银）。
- 工艺难点：SiC器件铝垫重金属化（如Ti/Ni/Ag溅射）的良率控制、多芯片键合中的空洞问题均为技术壁垒。

5. 论文的价值与意义

本文的价值在于：
1. 系统性综述：首次全面对比Si与SiC封装技术，揭示SiC封装的特殊性与技术路径。
2. 技术指导性：指出低寄生电感（ nH）和双面散热是SiC封装的核心目标，为后续研究提供明确方向。
3. 跨学科整合：融合材料科学（高温介质）、热管理（微通道冷却）和电气设计（磁抵消布局），推动功率电子封装的多物理场协同优化。

亮点与创新

• 技术前瞻性：提出SiC封装需从“单点优化”转向“系统级设计”，如LTCC与微弹簧的集成方案。
  
• 批判性分析：指出当前材料体系与工艺的不足，呼吁开发耐600°C的封装材料。
  
• 应用导向：列举了POL、Cu Pin等工业化案例，证明技术可行性。
  

本文为宽禁带半导体封装领域提供了重要参考，尤其对电动汽车、航天器等高频高功率应用具有直接指导意义。