電源模塊的關(guān)鍵絕緣材料

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2022-03-17 09:31:36 5

電源模塊的關(guān)鍵絕緣材料

??在功率半導(dǎo)體模塊的發(fā)展中，隨著集成度的提高和體積的縮小，單位散熱面積的功耗增加，散熱成為模塊制造中的關(guān)鍵問(wèn)題，但傳統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)(焊接和壓接)已經(jīng)無(wú)法成功解決散熱問(wèn)題。因此，對(duì)散熱背板與芯片之間的導(dǎo)熱絕緣材料提出了新的要求。目前，國(guó)內(nèi)外電力電子行業(yè)使用的這類(lèi)材料一般為陶瓷-金屬?gòu)?fù)合板結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)DBC板(Dircet Bonding Copper)。

??所謂DBC技術(shù)是指在高溫下將銅直接結(jié)合到陶瓷材料上的技術(shù)。DBC板主要由Al2O3、AIN、BeO等導(dǎo)熱絕緣陶瓷基板制成。BeO因其毒性很少用于工業(yè)。雖然AIN具有與硅類(lèi)似的*導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)，但價(jià)格太高，因此目前Al2O3已被廣泛用作DBC板的隔熱基板，AIN也在發(fā)展中。

??目前，國(guó)外DBC 基板已投入工業(yè)生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于功率半導(dǎo)體模塊、微波傳輸和密封等領(lǐng)域。在同一個(gè)功率半導(dǎo)體中，DBC板的焊接模塊與普通的焊接模塊相比，不僅體積小、重量輕、節(jié)省零件，而且具有更好的熱疲勞穩(wěn)定性和更高的集成度。國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究剛剛起步，尚未形成工業(yè)化生產(chǎn)。西安交通大學(xué)電氣絕緣研究所結(jié)合GTR模塊封裝結(jié)構(gòu)“八五”任務(wù)，由DBC科技研發(fā)Al2O3-Cu復(fù)合板，提供給西安電力電子技術(shù)研究院、北京電力電子新技術(shù)研發(fā)中心等單位試用。目前，實(shí)驗(yàn)室小批量生產(chǎn)已經(jīng)形成。市場(chǎng)前景可觀。

??DBC基板在電源模塊中的角色如下：

??1)作為硅片的載體，它們之間沒(méi)有其他材料或連接線。基板，布線類(lèi)似于印刷電路板。

??2)絕緣性能好，將導(dǎo)電部分與散熱部分隔離。

??3)散熱性能好，通過(guò)導(dǎo)熱機(jī)油將硅片產(chǎn)生的熱量傳遞給散熱裝置。

??因此，DBC 基板是一個(gè)具有優(yōu)異導(dǎo)熱性和絕緣性的基板。

??Al2O3-Cu基板具有以下優(yōu)良特性：

??1)熱阻小，熱膨脹系數(shù)與 Al2O3相同，接近硅(7.4 10-5k-1)。使用時(shí)不需要過(guò)渡層，硅片可以直接焊接在DBC基板上

??2)機(jī)械性能好，附著力大于5000N/cm2，抗剝離性大于90N/cm；

??3)耐腐蝕，不變形，可在-55 ~ 860的溫度范圍內(nèi)使用；4)電絕緣性能優(yōu)異，瓷盤(pán)耐壓大于2.5KV

??5)導(dǎo)熱性好，導(dǎo)熱系數(shù)為24 ~ 28w/mk；

??6)焊接性好，95%以上。

??DBC板將是未來(lái)電子電路結(jié)構(gòu)和連接技術(shù)的基礎(chǔ)材料。當(dāng)傳統(tǒng)的有機(jī)覆銅板無(wú)法滿足元器件的熱沖擊性能時(shí)，DBC板將作為高功耗電子元器件的基礎(chǔ)材料。在使用中，由于較厚的銅層(0.3毫米)可以承受更高的電流負(fù)載，在相同的橫截面下，只需要12%的印刷電路板導(dǎo)體寬度。*的熱電率使得密集安裝電源芯片成為可能。單位體積可以傳輸更多的功率，提高系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性?？蓮V泛應(yīng)用于電力電子的以下相關(guān)領(lǐng)域：

??(1)功率半導(dǎo)體器件，如 IGBT、GTR、SIT等。

??(2)電源控制電路；

??(3)混合動(dòng)力線路和新型動(dòng)力結(jié)構(gòu)單元；

??(4)固態(tài)繼電器和高頻開(kāi)關(guān)模塊電源；

??(5)電子加熱裝置的溫度控制單元；

??(6)變頻器、電機(jī)調(diào)速、交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)；

??(7)電子陶瓷器件，根據(jù)我們的研究，DBC技術(shù)制造的鈦酸鋇燒銅電極與普通燒銀電極和鍍銅電極相比，接觸電阻更低，性能更優(yōu)越；

??(8)汽車(chē)電子、航天*技術(shù)等結(jié)構(gòu)單元。DBC技術(shù)是未來(lái)“芯板”技術(shù)的基礎(chǔ)，代表了未來(lái)封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著DBC板的應(yīng)用，它向未來(lái)的“芯板”技術(shù)邁出了一步，同時(shí)也形成了創(chuàng)造性的產(chǎn)品理念和高度集成的設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

??目前，隨著GTR、 IGBT、SIT等新器件的發(fā)展，需要導(dǎo)熱性能更好的DBC板。日本開(kāi)發(fā)了AIN覆銅板，用于IGBT包裝。

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