电源模块的关键绝缘材料

  在功率半导体模块的发展中，随着集成度的提高和体积的缩小，单位散热面积的功耗增加，散热成为模块制造中的关键问题，但传统的模块结构(焊接和压接)已经无法成功解决散热问题。因此，对散热背板与芯片之间的导热绝缘材料提出了新的要求。目前，国内外电力电子行业使用的这类材料一般为陶瓷-金属复合板结构，简称DBC板(Dircet  Bonding  Copper)。
  所谓DBC技术是指在高温下将铜直接结合到陶瓷材料上的技术。DBC板主要由Al2O3、AIN、BeO等导热绝缘陶瓷基板制成。BeO因其毒性很少用于工业。虽然AIN具有与硅类似的良好导热性和热膨胀系数，但价格太高，因此目前Al2O3已被广泛用作DBC板的隔热基板，AIN也在发展中。

  目前，国外DBC  基板已投入工业生产，广泛应用于功率半导体模块、微波传输和密封等领域。在同一个功率半导体中，DBC板的焊接模块与普通的焊接模块相比，不仅体积小、重量轻、节省零件，而且具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。国内在这一领域的研究刚刚起步，尚未形成工业化生产。西安交通大学电气绝缘研究所结合GTR模块封装结构“八五”任务，由DBC科技研发Al2O3-Cu复合板，提供给西安电力电子技术研究院、北京电力电子新技术研发中心等单位试用。目前，实验室小批量生产已经形成。市场前景可观。

  DBC基板在电源模块中的角色如下：

  1)作为硅片的载体，它们之间没有其他材料或连接线。基板，布线类似于印刷电路板。

  2)绝缘性能好，将导电部分与散热部分隔离。

  3)散热性能好，通过导热机油将硅片产生的热量传递给散热装置。

  因此，DBC  基板是一个具有优异导热性和绝缘性的基板。

  Al2O3-Cu基板具有以下优良特性：

  1)热阻小，热膨胀系数与 Al2O3相同，接近硅(7.4  10-5k-1)。使用时不需要过渡层，硅片可以直接焊接在DBC基板上

  2)机械性能好，附着力大于5000N/cm2，抗剥离性大于90N/cm；

  3)耐腐蚀，不变形，可在-55 ~ 860的温度范围内使用；4)电绝缘性能优异，瓷盘耐压大于2.5KV

  5)导热性好，导热系数为24 ~ 28w/mk；

  6)焊接性好，95%以上。

  DBC板将是未来电子电路结构和连接技术的基础材料。当传统的有机覆铜板无法满足元器件的热冲击性能时，DBC板将作为高功耗电子元器件的基础材料。在使用中，由于较厚的铜层(0.3毫米)可以承受更高的电流负载，在相同的横截面下，只需要12%的印刷电路板导体宽度。良好的热电率使得密集安装电源芯片成为可能。单位体积可以传输更多的功率，提高系统和设备的可靠性。可广泛应用于电力电子的以下相关领域：

  (1)功率半导体器件，如 IGBT、GTR、SIT等。

  (2)电源控制电路；

  (3)混合动力线路和新型动力结构单元；

  (4)固态继电器和高频开关模块电源；

  (5)电子加热装置的温度控制单元；

  (6)变频器、电机调速、交流无触点开关；

  (7)电子陶瓷器件，根据我们的研究，DBC技术制造的钛酸钡烧铜电极与普通烧银电极和镀铜电极相比，接触电阻更低，性能更优越；

  (8)汽车电子、航天[敏感词]技术等结构单元。DBC技术是未来“芯板”技术的基础，代表了未来封装技术的发展趋势。随着DBC板的应用，它向未来的“芯板”技术迈出了一步，同时也形成了创造性的产品理念和高度集成的设备设计的基础。

  目前，随着GTR、 IGBT、SIT等新器件的发展，需要导热性能更好的DBC板。日本开发了AIN覆铜板，用于IGBT包装。

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