-
邹小姐：13326633089 -
-
cac_sales@sina.com 
高(gao)速铁路(lu)、轨道(dao)交通(tong)、混合(he)动力汽车、风(feng)能发电的迅(xun)速发展，对(dui) IGBT 功率模块的发展提出了迫(po)切的要求，IGBT 功率模块(kuai)封装也得到了快(kuai)速(su)发展。在IGBT 模块中，除了半(ban)导体(ti)芯片材料之(zhi)外，高性(xing)能(neng)基板也是影响其(qi)性(xing)能(neng)和可靠性(xing)的(de)关(guan)键，我们知道如今氮(dan)化(hua)铝陶瓷基(ji)板(ban)在封装(zhuang)市场上非常(chang)火热，但(dan)其实还有一种新型基(ji)板(ban)材(cai)料堪称为新一代电子(zi)封装(zhuang)材(cai)料的佼佼者，即(ji)铝碳(tan)化硅（AlSiC）基板。
铝(lv)碳化(hua)硅基板
铝碳化(hua)硅（AlSiC）是一种(zhong)颗粒增强型(xing)金属(shu)基(ji)复合材料，它充分结合了(le)碳(tan)化硅(gui)陶瓷和金属(shu)铝的不同优(you)势，采(cai)用铝合金作基(ji)体，用碳(tan)化硅颗粒作增强(qiang)剂，构成(cheng)有明显界面(mian)的多组相复(fu)合材料。
这种复合材料(liao)具有高导热(re)性、与芯片相(xiang)匹配的热(re)膨胀系数、密度小、重量轻，以(yi)及高硬度和高抗(kang)弯(wan)强度等(deng)优异性能，作为封装(zhuang)材料满足了(le)封装(zhuang)的轻便化(hua)、高密(mi)度(du)化(hua)等要求，适(shi)用于航空、航天、高铁及(ji)微波等领域，是解(jie)决热学管理问(wen)题(ti)的(de)首选材料，其(qi)可(ke)为各种微波和微电(dian)子以及功率器(qi)件(jian)、光电(dian)器(qi)件(jian)的(de)封装与(yu)组装提供所需的热管理(li)，具(ju)有(you)很(hen)大的市场潜力。
看到这里可(ke)能有人有所疑问(wen)，都叫做基板，那(nei)这个铝(lv)碳化(hua)硅(gui)基板难(nan)道性能比得上氮化(hua)铝(lv)基板？但其实此基板非彼基板，二者不是“竞争关系”，而是“搭档关系”。
从IGBT模块的(de)结构图可知，IGBT模块(kuai)共由7层结构构成，大致可(ke)以分(fen)成三部分(fen)：芯(xin)片、DBC和基(ji)板，这三(san)部分匹配相叠，最终封装成完(wan)整的IGBT模块。在这其(qi)中(zhong)，DBC的部分需要用基板(ban)，另外(wai)最底(di)层还有个作(zuo)为底(di)板(ban)的基板(ban)。
IGBT模块(kuai)示意图
在(zai)传统的IGBT模块(kuai)里，DBC的部分使用的陶(tao)瓷基板主要为Al2O3基板(ban)(ban)，搭(da)配铜基板(ban)(ban)作为(wei)底板(ban)(ban)基板(ban)(ban)，而在大功(gong)率(lv)高压(ya)IGBT模块里(li)，DBC内的Al2O3基板渐渐被AlN或Si3N4基板(ban)所(suo)取代，大多还是搭配铜基板(ban)作为底板(ban)基板(ban)。而随(sui)着(zhe)IGBT技术(shu)的逐步提升(sheng)，IGBT模块又有所改(gai)进，主要(yao)变化在于使(shi)用铝碳化硅基板取代原先(xian)的铜基板(ban)。
常用热管理材料性能
尽管铜(tong)基板具有良好的导热能力，现如(ru)今仍是最重要的IGBT基板材料(liao)，但铜的热(re)膨胀系(xi)数接近IGBT芯(xin)片(pian)的三(san)倍，这三(san)倍的差异在低功率模块封装可用陶瓷覆(fu)铜板(ban)或(huo)多(duo)层陶瓷覆(fu)铜板(ban)来过渡解(jie)决。但高功率模(mo)块如果(guo)用(yong)铜基(ji)板去承载芯片(pian)衬底(di)同时在下方接合(he)散(san)热器的话(hua)，焊(han)接的铜基(ji)板经受不住1000次热循环，焊(han)接外缘就会出现分层脱离(li)。这(zhei)种情况(kuang)下(xia)，如(ru)果长期在震动(dong)(dong)环境下(xia)使用(yong)，如(ru)轨道机车、电动(dong)(dong)汽车、飞机等，其可(ke)靠性(xing)会大幅(fu)下(xia)降。
另外，铜(tong)和陶瓷材(cai)料之间不匹(pi)配的热(re)膨(peng)胀系数也会导(dao)致 IGBT 模(mo)块材料之间热应力的(de)产(chan)生(sheng)，在(zai)焊料中产(chan)生(sheng)机械应变，严(yan)重的(de)情况将导致焊料开裂，增加(jia)芯片和基底间的(de)热阻，从(cong)而引起严(yan)重的(de)质(zhi)量问题。例如铜(tong)（17×10-6/℃）和氮化铝DBC（7×10-6/℃）之(zhi)间热膨胀系(xi)数的不同容易在经过多(duo)次(ci)热循环后(hou)会出现铜基板与氮化铝DBC之间的开裂现象。
经(jing)过200～4 000次热循环(huan)后铜(tong)基板和氮(dan)化铝之间的开裂现象(xiang)
在这种情况下(xia)，铝(lv)碳化(hua)硅(gui)材(cai)料可以解决上述问(wen)题，铝(lv)碳化(hua)硅(gui)可以提供(gong)极高的刚(gang)性(xing)和相匹配的热膨胀(zhang)系(xi)数（与氮化(hua)铝(lv)材(cai)料），同时与(yu)铜基板(ban)相(xiang)比，密度(du)也小得多(duo)，实在是(shi)完美解决如(ru)今大功率高电压IGBT模块生产中，铜基板已无法满足更高(gao)要求这个问题的替代之选。
而从产业化(hua)趋(qu)势来(lai)看(kan)，铝(lv)碳化硅可实现低成(cheng)本的(de)、无须进一步加(jia)工(gong)的(de)净成(cheng)形，还能与高散热(re)材(cai)料（金(jin)刚石(shi)、高热(re)传导(dao)石(shi)墨等）的(de)经济性并(bing)存(cun)集成，满(man)足(zu)大(da)批量倒装(zhuang)芯(xin)片(pian)封(feng)装(zhuang)、微(wei)波电(dian)路模(mo)块、光电(dian)封(feng)装(zhuang)所需材料的(de)热稳定性及散(san)温(wen)度均(jun)匀性要(yao)求，同(tong)时也(ye)是大(da)功率晶(jing)体管、绝缘栅双极晶(jing)体管的(de)优选封(feng)装(zhuang)材料，提供良好的(de)热循环及可靠性，其发展前景非常值(zhi)得期待。
参考来源：
功率 IGBT 模块中(zhong)的材料技(ji)术，张晓云（中国电子科(ke)技集团公(gong)司(si)第十(shi)三(san)研究所）；
电(dian)子封装中的铝碳化硅及(ji)其应用，龙乐。
粉体圈小吉(ji)
