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        電力電子模塊用關鍵絕緣材料

        電力電子模塊用關鍵絕緣材料

        • 分類:技術支持
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2013-05-27
        • 訪問量:0

        【概要描述】在電力半導體模塊的發展中,隨著集成度的提高,體積減小,使得單位散熱面積上的功耗增加,散熱成為模塊制造中的一個關鍵問題,而傳統的模塊結構(焊接式和壓接式)已無法成功地解決散熱問題。因此對處于散熱底板和芯片之間的導熱絕緣材料提出了新要求。目前,國內外電力電子行業所用此種材料一般是陶瓷-金屬復合板結構,簡稱DBC板(DircetBondingCopper)?! ∷^DBC技術,是指將銅在高溫下直接鍵合到

        電力電子模塊用關鍵絕緣材料

        【概要描述】在電力半導體模塊的發展中,隨著集成度的提高,體積減小,使得單位散熱面積上的功耗增加,散熱成為模塊制造中的一個關鍵問題,而傳統的模塊結構(焊接式和壓接式)已無法成功地解決散熱問題。因此對處于散熱底板和芯片之間的導熱絕緣材料提出了新要求。目前,國內外電力電子行業所用此種材料一般是陶瓷-金屬復合板結構,簡稱DBC板(DircetBondingCopper)?! ∷^DBC技術,是指將銅在高溫下直接鍵合到

        • 分類:技術支持
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        • 來源:
        • 發布時間:2013-05-27
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          在電力半導體模塊的發展中,隨著集成度的提高,體積減小,使得單位散熱面積上的功耗增加,散熱成為模塊制造中的一個關鍵問題,而傳統的模塊結構(焊接式和壓接式)已無法成功地解決散熱問題。因此對處于散熱底板和芯片之間的導熱絕緣材料提出了新要求。目前,國內外電力電子行業所用此種材料一般是陶瓷-金屬復合板結構,簡稱DBC板(Dircet Bonding Copper)。

          所謂DBC技術,是指將銅在高溫下直接鍵合到陶瓷材料上的技術。DBC板主要是采用Al2O3、AIN、BeO等導熱絕緣陶瓷基片。由于BeO含有毒性,工業上少有利用。AIN雖然導熱性能良好,且熱膨脹系數與硅相近,但價格太高,因此目前Al2O3已被廣泛用作DBC板的導熱絕緣基片,而AIN也處于發展之中。

          目前國外DBC基板已投入工業化生產,并廣泛用于電力半導體模塊、微波傳送和密封等領域。在相同功率的電力半導體中,DBC板的焊接式模塊,與普通焊接式模塊相比,不僅體積小,重量輕,省部件,并且具有更好的熱疲勞穩定性和更高的集成度。國內這方面的研究剛剛起步,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模塊封裝結構的"八五"攻關任務,采用DBC技術研制出Al2O3-Cu復合板,并提供給西安電力電子技術研究所,北京電力電子新技術研究開發中心等單位試用。目前已形成實驗室小批量生產。市場前景可觀。

          DBC基板在功率模塊中所起的作用如下:

          1)作為硅芯片的承載體,并且二者之間無其它任何材料和連接線。電路布線基板,功能近似于PCB板。

          2)絕緣性能好,把導電部件和散熱部件隔離開。

          3)散熱性能好,把硅芯片產生的熱量通過導熱機油傳輸到散熱裝置。

          因此說DBC基板是導熱性能和絕緣性能都很優良的基板。

          Al2O3-Cu基板具有如下的優良特性:

          1)熱阻抗小,且熱膨脹系數同Al2O3,與硅相近(7.4×10-5K-1),使用中不要過渡層,硅芯片可直接焊接在DBC基板上;

          2)具有良好的機械性能,附著力>5000N/cm2,抗剝力>90N/cm;

          3)耐腐蝕、不形變,可在-55℃~+860℃溫度范圍內使用;

          4)極好的電絕緣性能,瓷板耐壓>2.5KV;

          5)良好的導熱性,熱導率為24~28W/m·K;

          6)焊接性良好,達到95%以上。

          DBC板將是未來電子線路中結構和連接技術的基礎材料。在傳統有機覆銅P.C.板不能滿足元件熱沖擊性能的時候,DBC板將用于具有高耗散功率電子組件的基本材料。在使用中,由于較厚的銅層(0.3mm)能承受更高的電流負載,在相同截面下,僅需通常P.C.板12%的導體寬度;良好的熱電率,使功率芯片的密集安裝成為可能。在單位體積內能傳輸更大的功率,提高系統和設備的可靠性。在電力電子如下相關領域可得廣泛應用:

          (1)功率半導體器件,如IGBT、GTR、SIT等;

          (2)功率控制線路;

          (3)混合功率線路及新式功率結構單元;

          (4)固態繼電器及高頻開關模塊電源;

          (5)電子加熱器件的溫度控制單元;

          (6)變頻器、電機調速、交流無觸點開關;

          (7)電子陶瓷器件,經我所研究表明,采用DBC技術制作BaTiO3的燒銅電極,與普通的燒銀電極以及鍍銅電極相比,接觸電阻小,性能優越;

          (8)汽車電子、航空航天軍事技術等方面的結構單元。 DBC技術是未來"芯-板"技術的基礎,代表著今后封裝技術的發展趨勢,隨著DBC板的應用,就向未來的"芯-板"技術邁進了一步,同時也形成了創造性產品思想和具有高集成度設備設計的基礎。

          目前,隨著GTR、IGBT、SIT等新型器件的發展,對導熱更好的DBC板又提出了要求,日本已研制出了AIN覆銅板,并用于IGBT的封裝中。我國已研制出AIN陶瓷基片,我所已開展了AIN覆銅板的研制工作,并正在進行鍵合機理及工藝過程的研究,預計在"九五"期間,將會在國內電力半導體行業中得到應用。

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