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IGBT模塊中氮化鋁陶瓷基板的應用

IGBT模塊中氮化鋁陶瓷基板的應用

2022/5/12 13:55:08

IGBT模塊是由IGBT(絕緣柵雙極型晶體管芯片)與FWD(續流二極管芯片)通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品。封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器、UPS不間斷電源等設備上,具有節能、安裝維修方便、散熱穩定等特點,當前市場上銷售的多為此類模塊化產品,并且隨著節能環保等理念的推進,此類產品在市場上將越來越多見。IGBT是能源變換與傳輸的核心器件,俗稱電力電子裝置的“CPU”,作為國家戰略性新興產業,在軌道交通、智能電網、航空航天、電動汽車與新能源裝備等領域應用極廣。

IGBT模塊因其優異的電氣性能,已經被廣泛的應用于現代電力電子技術中。氮化鋁陶瓷基板的設計是IGBT模塊結構設計中的一環,陶瓷基板設計的優劣將會影響到模塊的電氣特性,所以想要很好的完成IGBT的設計,就需要遵循氮化鋁陶瓷基板的一些原則。

氮化鋁陶瓷基板在電力電子模塊技術中,主要是作為各種芯片(IGBT芯片、Diode芯片、電阻、SiC芯片等)的承載體,陶瓷基板通過表面覆銅層完成芯片部分連接極或者連接面的連接,功能近似于PCB板。

氮化鋁陶瓷基板具有絕緣性能好、散熱性能好、熱阻系數低、膨脹系數匹配、機械性能優、焊接性能佳的顯著特點。使用氮化鋁陶瓷基板作為芯片的承載體,可以將芯片與模塊散熱底板隔離開,基板中間的AlN陶瓷層可有效提高模塊的絕緣能力(陶瓷層絕緣耐壓>2.5KV),而且氮化鋁陶瓷基板具有良好的導熱性,熱導率可以達到170-260W/mK。

IGBT模塊在運行過程中,在芯片的表面會產生大量的熱量,這些熱量會通過陶瓷基板傳輸到模塊散熱底板上,再通過底板上的導熱硅脂傳導于散熱器上,完成模塊的整體散熱流動。同時,氮化鋁陶瓷基板膨脹系數同硅(芯片主要材質為硅)相近(7.1ppm/K),不會造成對芯片的應力損傷,氮化鋁陶瓷基板抗剝力>20N/mm2,具有優秀的機械性能,耐腐蝕,不易發生形變,可以在較寬溫度范圍內使用。并且焊接性能良好,焊接空洞率小于5%,正是由于氮化鋁陶瓷基板的各種優良性能,所以被廣泛應用于各型IGBT模塊中,采用氮化鋁陶瓷基板的IGBT模塊具有更好的熱疲勞穩定性和更高的集成度。

IGBT模塊已被廣泛的應用在現代電力電子技術中,氮化鋁陶瓷基板在電力電子模塊技術中,作為芯片承載體。陶瓷基板設計的優劣直接影響到模塊的電氣性能,因此遵循一定的設計原則,合理的進行基板的版圖設計,就可以完成優秀的陶瓷基板設計,從而較好的完成IGBT模塊的結構設計。

 

審核編輯(
王靜
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