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IGBT模块材料的特性

发布时间:2019-01-26点击率:606

IGBT功率模块内部由多层堆叠而成,各层的材料不同,其主要的作用也不同。金属、陶瓷、硅凝胶和环氧树脂塑料等,是目前功率半导体器件封装的主要材料。不同材料的不同特性对IGBT器件的整体性能有着十分重要的影响,其中最主要的是影响散热效果的材料热导率和影响封装体内部各层间应力的材料热膨胀系数。
 
  1. 材料的热导率
  材料的热导率体现了材料的导热能力,热导率越大,散热效果越好,热阻越小。根据现有资料,金属(水银除外)往往比非金属的热导率要大,纯金属的热导率比合金热导率大,合金比金属-非金属混合物热导率大。
 
  IGBT模块内部结构主要由基板、DBC板、焊接材料和其他封装材料组成。常见DBC板材料的热导率如表1所示。BeO陶瓷的热导率更高,但由于BEO粉末有毒性,在生产制造过程中较为麻烦,限制了在工业中的广泛应用。AH2O3陶瓷绝缘性好,价格也相对便宜很多,是目前应用最广的DBC板材,但由于其热导率较低,散热效果差,对于散热效果要求较高的情况,有一定局限。Si3N4的热导率大约是AH2O3陶瓷的三倍,散热效果较好,热膨胀系数为3×10-6(K-1),与基板材料的热膨胀系数相差较大,需要特殊的焊接材料来增强封装模块的可靠性。AlN陶瓷的热导率较高,在环境温度较高的恶劣环境散热效果较好。在某些特殊应用场合,功率系统的损耗非常大,AlN陶瓷材料受到了广大设计者的青睐。

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