富士電機和日本山梨大學的研究團隊開發(fā)了一種小型輕量的直接水冷式汽車IGBT模塊，并在國際功率半導體大會“ ISPSD 2013”??上進行了介紹。 （由日本電氣學會主辦，2013年5月26日至30日在日本石川縣金澤市舉行）宣布了該模塊中使用的技術。
該模塊的耐壓為1200V，電流為500A，面積為320mm×170mm。據(jù)報道，在國外，該模塊已用于將于2012年底推出的混合動力汽車（HEV），而在日本，它將配備計劃于2013年6月推出的混合動力汽車。
冷卻的IGBT模塊用于將IGBT芯片封裝在陶瓷基板上。金屬板稱為“基礎板”。
將散熱器放置在基板下方，然后將散熱器放置在金屬板下方。直接水冷式IGBT模塊省去了基板，并在散熱器上配置了帶有IGBT芯片的陶瓷基板，并用水冷卻了散熱器。
其他公司還開發(fā)了用于車載的直接水冷式IGBT模塊，但是這種開發(fā)的特點是陶瓷基板使用Al2O3，散熱器使用鋁。大多數(shù)競爭產(chǎn)品都將Si3N4用于陶瓷基板，將銅用于散熱器，或?qū)l2O3用于陶瓷基板，將銅用于散熱器。
這次使用Al2O3的主要目的是降低熱阻并使IGBT模塊更小。盡管Al2O3的熱導率低于Si3N4，但它具有很強的應力承受能力，并且很容易變薄，因此可以降低熱阻。
另外，當陶瓷基板使用Al 2 O 3時，可以使封裝在基板上的銅配線變厚，從而可以進一步降低熱阻。通過這些方法，與原始水冷模塊相比，這種直接水冷模塊將熱阻降低了約30％。
在散熱器中使用鋁主要是為了減輕重量。但是，Al2O3和鋁的熱膨脹系數(shù)相差很大，熱循環(huán)過程中承受的應力會增加。
因此，這次用于焊接Al2O3和鋁的焊料材料得到了改進。該模塊使用錫銻（Sn-Sb）焊料，研究小組使用了四種類型（組成比不同的錫銻焊料）（類型1至4）來研究加熱周期中焊料裂紋的狀態(tài)。
最后，即使在-40°C至+ 105°C的溫度范圍內(nèi)進行了2000次熱循環(huán)測試后，在制造過程中易于使用的非裂紋“ Type3”的實際使用也未顯示任何裂紋。 C。