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IGBT模块中氮化铝陶瓷基板的应用

IGBT模块中氮化铝陶瓷基板的应用

2022/5/12 13:55:08

IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上,具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点,当前市场上销售的多为此类模块化产品,并且随着节能环保等理念的推进,此类产品在市场上将越来越多见。IGBT是能源变换与传输的核心器件,俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

IGBT模块因其优异的电气性能,已经被广泛的应用于现代电力电子技术中。氮化铝陶瓷基板的设计是IGBT模块结构设计中的一环,陶瓷基板设计的优劣将会影响到模块的电气特性,所以想要很好的完成IGBT的设计,就需要遵循氮化铝陶瓷基板的一些原则。

氮化铝陶瓷基板在电力电子模块技术中,主要是作为各种芯片(IGBT芯片、Diode芯片、电阻、SiC芯片等)的承载体,陶瓷基板通过表面覆铜层完成芯片部分连接极或者连接面的连接,功能近似于PCB板。

氮化铝陶瓷基板具有绝缘性能好、散热性能好、热阻系数低、膨胀系数匹配、机械性能优、焊接性能佳的显著特点。使用氮化铝陶瓷基板作为芯片的承载体,可以将芯片与模块散热底板隔离开,基板中间的AlN陶瓷层可有效提高模块的绝缘能力(陶瓷层绝缘耐压>2.5KV),而且氮化铝陶瓷基板具有良好的导热性,热导率可以达到170-260W/mK。

IGBT模块在运行过程中,在芯片的表面会产生大量的热量,这些热量会通过陶瓷基板传输到模块散热底板上,再通过底板上的导热硅脂传导于散热器上,完成模块的整体散热流动。同时,氮化铝陶瓷基板膨胀系数同硅(芯片主要材质为硅)相近(7.1ppm/K),不会造成对芯片的应力损伤,氮化铝陶瓷基板抗剥力>20N/mm2,具有优秀的机械性能,耐腐蚀,不易发生形变,可以在较宽温度范围内使用。并且焊接性能良好,焊接空洞率小于5%,正是由于氮化铝陶瓷基板的各种优良性能,所以被广泛应用于各型IGBT模块中,采用氮化铝陶瓷基板的IGBT模块具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。

IGBT模块已被广泛的应用在现代电力电子技术中,氮化铝陶瓷基板在电力电子模块技术中,作为芯片承载体。陶瓷基板设计的优劣直接影响到模块的电气性能,因此遵循一定的设计原则,合理的进行基板的版图设计,就可以完成优秀的陶瓷基板设计,从而较好的完成IGBT模块的结构设计。

 

审核编辑(
王静
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