電源模塊的關鍵絕緣材料

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2022-03-17 09:31:36 8

電源模塊的關鍵絕緣材料

??在功率半導體模塊的發展中，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鍵問題，但傳統的模塊結構(焊接和壓接)已經無法成功解決散熱問題。因此，對散熱背板與芯片之間的導熱絕緣材料提出了新的要求。目前，國內外電力電子行業使用的這類材料一般為陶瓷-金屬復合板結構，簡稱DBC板(Dircet Bonding Copper)。

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

??目前，國外DBC 基板已投入工業生產，廣泛應用于功率半導體模塊、微波傳輸和密封等領域。在同一個功率半導體中，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、節省零件，而且具有更好的熱疲勞穩定性和更高的集成度。國內在這一領域的研究剛剛起步，尚未形成工業化生產。西安交通大學電氣絕緣研究所結合GTR模塊封裝結構“八五”任務，由DBC科技研發Al2O3-Cu復合板，提供給西安電力電子技術研究院、北京電力電子新技術研發中心等單位試用。目前，實驗室小批量生產已經形成。市場前景可觀。

??DBC基板在電源模塊中的角色如下：

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

??2)絕緣性能好，將導電部分與散熱部分隔離。

??3)散熱性能好，通過導熱機油將硅片產生的熱量傳遞給散熱裝置。

??因此，DBC 基板是一個具有優異導熱性和絕緣性的基板。

??Al2O3-Cu基板具有以下優良特性：

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

??2)機械性能好，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的溫度范圍內使用；4)電絕緣性能優異，瓷盤耐壓大于2.5KV

??5)導熱性好，導熱系數為24 ~ 28w/mk；

??6)焊接性好，95%以上。

??DBC板將是未來電子電路結構和連接技術的基礎材料。當傳統的有機覆銅板無法滿足元器件的熱沖擊性能時，DBC板將作為高功耗電子元器件的基礎材料。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載，在相同的橫截面下，只需要12%的印刷電路板導體寬度。*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，提高系統和設備的可靠性。可廣泛應用于電力電子的以下相關領域：

??(1)功率半導體器件，如 IGBT、GTR、SIT等。

??(2)電源控制電路；

??(3)混合動力線路和新型動力結構單元；

??(4)固態繼電器和高頻開關模塊電源；

??(5)電子加熱裝置的溫度控制單元；

??(6)變頻器、電機調速、交流無觸點開關；

??(7)電子陶瓷器件，根據我們的研究，DBC技術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，性能更優越；

??(8)汽車電子、航天*技術等結構單元。DBC技術是未來“芯板”技術的基礎，代表了未來封裝技術的發展趨勢。隨著DBC板的應用，它向未來的“芯板”技術邁出了一步，同時也形成了創造性的產品理念和高度集成的設備設計的基礎。

??目前，隨著GTR、 IGBT、SIT等新器件的發展，需要導熱性能更好的DBC板。日本開發了AIN覆銅板，用于IGBT包裝。

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