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铝碳化硅(AlSiC)复合材料-- IGBT基板

大电流IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块在工作时,会产生大量的热。尤其是工作电流达到600A以上的IGBT模块。类似功率模块的封装热管理工艺中,考虑的目标是消除热结。那么,需要在芯片底部和散热器之间的热通道建设尽量畅通。

铜基板具有良好的导热能力,但铜的热膨胀系数接近IGBT芯片的三倍,而且IGBT芯片陶瓷衬底的面积可高达50mmx60mm,这三倍的差异在低功率模块封装可用陶瓷覆铜板或多层陶瓷覆铜板来过渡解决。高功率模块如果用铜基板去承载芯片衬底同时在下方接合散热器的话,焊接的铜基板经受不住1000次热循环,焊接外缘就会出现分层脱离。这种情况下,压接方案相对可行。但压接法制造出的模块,如果长期在震动环境下使用,如轨道机车、电动汽车、飞机等,其可靠性会大幅下降。那么,如何牢固封装高功率IGBT模块,使其在震动、高温、粉尘等环境下可使用呢?业界的办法是采用AlSiC材料来制作IGBT基板。

AlSiC的典型热膨胀系数为7~9ppm/℃,参考芯片的6 ppm/℃,如果再加上芯片下面焊接的陶瓷覆铜板,那么三倍的差异就从本质上消除了。同时AlSiC材质的热导率可高达200~235W/mK (25℃),比铝合金热导率还高50%。英飞凌试验证明,采用AlSiC材料制作的IGBT基板,经过上万次热循环,模块工作良好如初,焊层完好。

AlSiC材料很轻,只有铜材的1/3,和铝差不多,但抗弯强度却和钢材一样好。这使其在抗震性能方面表现优秀,超过铜基板。因此,在高功率电子封装方面,AlSiC材料以其独特的高热导、低热膨胀系数和抗弯强度的结合优势成为不可替代的材质。

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