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鋁碳化硅(AlSiC)復合材料-- IGBT基板

大電流IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)模塊在工作時,會產生大量的熱。尤其是工作電流達到600A以上的IGBT模塊。類似功率模塊的封裝熱管理工藝中,考慮的目標是消除熱結。那么,需要在芯片底部和散熱器之間的熱通道建設盡量暢通。

銅基板具有良好的導熱能力,但銅的熱膨脹系數接近IGBT芯片的三倍,而且IGBT芯片陶瓷襯底的面積可高達50mmx60mm,這三倍的差異在低功率模塊封裝可用陶瓷覆銅板或多層陶瓷覆銅板來過渡解決。高功率模塊如果用銅基板去承載芯片襯底同時在下方接合散熱器的話,焊接的銅基板經受不住1000次熱循環,焊接外緣就會出現分層脫離。這種情況下,壓接方案相對可行。但壓接法制造出的模塊,如果長期在震動環境下使用,如軌道機車、電動汽車、飛機等,其可靠性會大幅下降。那么,如何牢固封裝高功率IGBT模塊,使其在震動、高溫、粉塵等環境下可使用呢?業界的辦法是采用AlSiC材料來制作IGBT基板。

AlSiC的典型熱膨脹系數為7~9ppm/℃,參考芯片的6 ppm/℃,如果再加上芯片下面焊接的陶瓷覆銅板,那么三倍的差異就從本質上消除了。同時AlSiC材質的熱導率可高達200~235W/mK (25℃),比鋁合金熱導率還高50%。英飛凌試驗證明,采用AlSiC材料制作的IGBT基板,經過上萬次熱循環,模塊工作良好如初,焊層完好。

AlSiC材料很輕,只有銅材的1/3,和鋁差不多,但抗彎強度卻和鋼材一樣好。這使其在抗震性能方面表現優秀,超過銅基板。因此,在高功率電子封裝方面,AlSiC材料以其獨特的高熱導、低熱膨脹系數和抗彎強度的結合優勢成為不可替代的材質。

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