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电源模块的关键绝缘材料

发布时间:2022-03-17作者来源:萨科微浏览:526

电源模块的关键绝缘材料

  在功率半导体模块的发展中,随着集成度的提高和体积的缩小,单位散热面积的功耗增加,散热成为模块制造中的关键问题,但传统的模块结构(焊接和压接)已经无法成功解决散热问题。因此,对散热背板与芯片之间的导热绝缘材料提出了新的要求。目前,国内外电力电子行业使用的这类材料一般为陶瓷-金属复合板结构,简称DBC板(Dircet  Bonding  Copper)。
二极管
  所谓DBC技术是指在高温下将铜直接结合到陶瓷材料上的技术。DBC板主要由Al2O3、AIN、BeO等导热绝缘陶瓷基板制成。BeO因其毒性很少用于工业。虽然AIN具有与硅类似的良好导热性和热膨胀系数,但价格太高,因此目前Al2O3已被广泛用作DBC板的隔热基板,AIN也在发展中。

  目前,国外DBC  基板已投入工业生产,广泛应用于功率半导体模块、微波传输和密封等领域。在同一个功率半导体中,DBC板的焊接模块与普通的焊接模块相比,不仅体积小、重量轻、节省零件,而且具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。国内在这一领域的研究刚刚起步,尚未形成工业化生产。西安交通大学电气绝缘研究所结合GTR模块封装结构“八五”任务,由DBC科技研发Al2O3-Cu复合板,提供给西安电力电子技术研究院、北京电力电子新技术研发中心等单位试用。目前,实验室小批量生产已经形成。市场前景可观。

  DBC基板在电源模块中的角色如下:

  1)作为硅片的载体,它们之间没有其他材料或连接线。基板,布线类似于印刷电路板。

  2)绝缘性能好,将导电部分与散热部分隔离。

  3)散热性能好,通过导热机油将硅片产生的热量传递给散热装置。

  因此,DBC  基板是一个具有优异导热性和绝缘性的基板。

  Al2O3-Cu基板具有以下优良特性:

  1)热阻小,热膨胀系数与 Al2O3相同,接近硅(7.4  10-5k-1)。使用时不需要过渡层,硅片可以直接焊接在DBC基板上

  2)机械性能好,附着力大于5000N/cm2,抗剥离性大于90N/cm;

  3)耐腐蚀,不变形,可在-55 ~ 860的温度范围内使用;4)电绝缘性能优异,瓷盘耐压大于2.5KV

  5)导热性好,导热系数为24 ~ 28w/mk;

  6)焊接性好,95%以上。

  DBC板将是未来电子电路结构和连接技术的基础材料。当传统的有机覆铜板无法满足元器件的热冲击性能时,DBC板将作为高功耗电子元器件的基础材料。在使用中,由于较厚的铜层(0.3毫米)可以承受更高的电流负载,在相同的横截面下,只需要12%的印刷电路板导体宽度。良好的热电率使得密集安装电源芯片成为可能。单位体积可以传输更多的功率,提高系统和设备的可靠性。可广泛应用于电力电子的以下相关领域:

  (1)功率半导体器件,如 IGBT、GTR、SIT等。

  (2)电源控制电路;

  (3)混合动力线路和新型动力结构单元;

  (4)固态继电器和高频开关模块电源;

  (5)电子加热装置的温度控制单元;

  (6)变频器、电机调速、交流无触点开关;

  (7)电子陶瓷器件,根据我们的研究,DBC技术制造的钛酸钡烧铜电极与普通烧银电极和镀铜电极相比,接触电阻更低,性能更优越;

  (8)汽车电子、航天军工技术等结构单元。DBC技术是未来“芯板”技术的基础,代表了未来封装技术的发展趋势。随着DBC板的应用,它向未来的“芯板”技术迈出了一步,同时也形成了创造性的产品理念和高度集成的设备设计的基础。

  目前,随着GTR、 IGBT、SIT等新器件的发展,需要导热性能更好的DBC板。日本开发了AIN覆铜板,用于IGBT包装。

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