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Wichtiges Isoliermaterial des Leistungsmoduls
2022-03-17
295
Wichtige Isoliermaterialien des Stromversorgungsmoduls
Bei der Entwicklung von Leistungshalbleitermodulen steigt mit der Verbesserung der Integration und der Reduzierung des Volumens der Stromverbrauch pro Einheit der Wärmeableitungsfläche, und die Wärmeableitung wird zum Hauptproblem bei der Modulherstellung. Allerdings konnte der herkömmliche Modulaufbau (Schweißen und Crimpen) das Problem der Wärmeableitung nicht erfolgreich lösen. Daher werden neue Anforderungen an die wärmeleitenden und isolierenden Materialien zwischen der wärmeableitenden Rückwandplatine und dem Chip gestellt. Derzeit handelt es sich bei dieser Art von Material, das in der Leistungselektronikindustrie im In- und Ausland verwendet wird, im Allgemeinen um eine Keramik-Metall-Verbundplattenstruktur, die als DBC-Platte (Dircet Bonding Copper) bezeichnet wird.
??Unter der sogenannten DBC-Technologie versteht man die Technologie der direkten Verbindung von Kupfer mit Keramikmaterialien bei hoher Temperatur. DBC-Platten bestehen hauptsächlich aus Al2O3, AIN, BeO und anderen wärmeleitenden und isolierenden Keramiksubstraten. Aufgrund seiner Toxizität wird BeO in der Industrie selten verwendet. Obwohl AIN eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Silizium aufweist, ist sein Preis zu hoch. Daher wird Al2O3 derzeit häufig als Isoliersubstrat für DBC-Platten verwendet, und auch AIN entwickelt sich weiter.
Derzeit werden ausländische DBC-Substrate in der industriellen Produktion eingesetzt und werden häufig in Leistungshalbleitermodulen, Mikrowellenübertragung, Abdichtung und anderen Bereichen eingesetzt. Bei demselben Leistungshalbleiter ist das Schweißmodul der DBC-Platine im Vergleich zum herkömmlichen Schweißmodul nicht nur klein, leicht und spart Teile, sondern weist auch eine bessere thermische Ermüdungsstabilität und eine höhere Integration auf. Die Forschung auf diesem Gebiet hat in China gerade erst begonnen und die industrielle Produktion noch nicht etabliert. Das Institut für elektrische Isolierung der Jiaotong-Universität Xi'an hat in Verbindung mit der Aufgabe des „Achten Fünfjahresplans“ für die Verpackungsstruktur von GTR-Modulen eine Al2O3-Cu-Verbundplatte von DBC Technology entwickelt und diese dem Xi'an Institute of Power Electronics zur Verfügung gestellt Technologie, Beijing Power Electronics New Technology Research and Development Center und andere Einheiten für den Testeinsatz. Gegenwärtig wurde eine Kleinserienproduktion im Labor etabliert. Die Marktaussichten sind beträchtlich.
??Die Rollen der DBC-Karte im Leistungsmodul sind wie folgt:
1) Als Träger von Siliziumwafern gibt es keine anderen Materialien oder Verbindungsleitungen zwischen ihnen. Substrat, Verkabelung ähnelt einer Leiterplatte.
2) Gute Isolationsleistung, Isolierung des leitenden Teils vom Wärmeableitungsteil.
3) Die Wärmeableitungsleistung ist gut und die vom Siliziumwafer erzeugte Wärme wird über das Wärmeleitungsmotoröl an die Wärmeableitungsvorrichtung übertragen.
Daher ist DBC-Substrat ein Substrat mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und Isolierung.Das Al2O3-Cu-Substrat weist die folgenden hervorragenden Eigenschaften auf:
1) Niedriger Wärmewiderstand, gleicher Wärmeausdehnungskoeffizient wie Al2O3, nahe an Silizium (7.4 · 10-5k-1). Im Einsatz ist die Übergangsschicht nicht erforderlich und der Siliziumchip kann direkt auf das DBC-Substrat geschweißt werden.
2) Gute mechanische Eigenschaften, Haftkraft größer als 5,000 N/cm2 und Schälfestigkeit größer als 90 N/cm;3) Korrosionsbeständigkeit, keine Verformung und kann im Temperaturbereich von -55 bis 860 °C verwendet werden;
4) Hervorragende elektrische Isolierung, die Spannungsfestigkeit der Porzellanplatte beträgt mehr als 2.5 kV.5) Gute Wärmeleitfähigkeit mit einer Wärmeleitfähigkeit von 24 ~ 28 W/mk;6) Gute Schweißbarkeit, über 95 %.
??
DBC-Platinen werden in Zukunft das Grundmaterial für den elektronischen Schaltungsaufbau und die Verbindungstechnik sein. Wenn das herkömmliche, mit organischem Kupfer beschichtete Laminat die Thermoschockbeständigkeit von Komponenten nicht erfüllen kann, wird DBC-Platte als Grundmaterial für elektronische Hochleistungskomponenten verwendet. Da die dickere Kupferschicht (0.3 mm) bei gleichem Querschnitt eine höhere Strombelastung aushalten kann, werden im Einsatz nur 12 % der Leiterbreite der Leiterplatte benötigt. Eine gute thermoelektrische Rate ermöglicht eine dichte Installation von Leistungschips. Es kann mehr Leistung pro Volumeneinheit übertragen und die Zuverlässigkeit des Systems und der Ausrüstung verbessern. Es kann in den folgenden verwandten Bereichen der Leistungselektronik weit verbreitet eingesetzt werden:
(1) Leistungshalbleiterbauelemente wie IGBT, GTR, SIT usw.
(2) Leistungssteuerkreis;
(3) Hybridstromleitungen und neue Stromstruktureinheiten;
(4) Stromversorgung des Halbleiterrelais und des Hochfrequenz-Schaltmoduls;
(5) die Temperatursteuereinheit des elektronischen Heizgeräts;
(6) Wechselrichter, Motorgeschwindigkeitsregelung, kontaktloser Wechselstromschalter;
(7) Elektronische Keramikgeräte. Unseren Untersuchungen zufolge weist die mit Bariumtitanat-Kupfer gebrannte Elektrode, die mit der DBC-Technologie hergestellt wird, im Vergleich zu gewöhnlichen silbergebrannten Elektroden und verkupferten Elektroden einen geringeren Kontaktwiderstand und eine bessere Leistung auf.
(8) Struktureinheiten wie Automobilelektronik und Luft- und Raumfahrttechnik. Die DBC-Technologie ist die Grundlage der zukünftigen „Core Board“-Technologie und stellt den Entwicklungstrend der zukünftigen Verpackungstechnologie dar. Mit dem Einsatz von DBC-Platten macht es einen Schritt in Richtung der zukünftigen „Kernplatten“-Technologie und bildet gleichzeitig die Grundlage für ein kreatives Produktkonzept und ein hochintegriertes Gerätedesign.
??Derzeit werden mit der Entwicklung neuer Geräte wie GTR, IGBT und SIT DBC-Platinen mit besserer Wärmeleitfähigkeit benötigt. AIN-Kupferkaschiertes Laminat wurde in Japan für IGBT-Verpackungen entwickelt.
Bei der Entwicklung von Leistungshalbleitermodulen steigt mit der Verbesserung der Integration und der Reduzierung des Volumens der Stromverbrauch pro Einheit der Wärmeableitungsfläche, und die Wärmeableitung wird zum Hauptproblem bei der Modulherstellung. Allerdings konnte der herkömmliche Modulaufbau (Schweißen und Crimpen) das Problem der Wärmeableitung nicht erfolgreich lösen. Daher werden neue Anforderungen an die wärmeleitenden und isolierenden Materialien zwischen der wärmeableitenden Rückwandplatine und dem Chip gestellt. Derzeit handelt es sich bei dieser Art von Material, das in der Leistungselektronikindustrie im In- und Ausland verwendet wird, im Allgemeinen um eine Keramik-Metall-Verbundplattenstruktur, die als DBC-Platte (Dircet Bonding Copper) bezeichnet wird.
Derzeit werden ausländische DBC-Substrate in der industriellen Produktion eingesetzt und werden häufig in Leistungshalbleitermodulen, Mikrowellenübertragung, Abdichtung und anderen Bereichen eingesetzt. Bei demselben Leistungshalbleiter ist das Schweißmodul der DBC-Platine im Vergleich zum herkömmlichen Schweißmodul nicht nur klein, leicht und spart Teile, sondern weist auch eine bessere thermische Ermüdungsstabilität und eine höhere Integration auf. Die Forschung auf diesem Gebiet hat in China gerade erst begonnen und die industrielle Produktion noch nicht etabliert. Das Institut für elektrische Isolierung der Jiaotong-Universität Xi'an hat in Verbindung mit der Aufgabe des „Achten Fünfjahresplans“ für die Verpackungsstruktur von GTR-Modulen eine Al2O3-Cu-Verbundplatte von DBC Technology entwickelt und diese dem Xi'an Institute of Power Electronics zur Verfügung gestellt Technologie, Beijing Power Electronics New Technology Research and Development Center und andere Einheiten für den Testeinsatz. Gegenwärtig wurde eine Kleinserienproduktion im Labor etabliert. Die Marktaussichten sind beträchtlich.
??Die Rollen der DBC-Karte im Leistungsmodul sind wie folgt:
1) Als Träger von Siliziumwafern gibt es keine anderen Materialien oder Verbindungsleitungen zwischen ihnen. Substrat, Verkabelung ähnelt einer Leiterplatte.
2) Gute Isolationsleistung, Isolierung des leitenden Teils vom Wärmeableitungsteil.
3) Die Wärmeableitungsleistung ist gut und die vom Siliziumwafer erzeugte Wärme wird über das Wärmeleitungsmotoröl an die Wärmeableitungsvorrichtung übertragen.
Daher ist DBC-Substrat ein Substrat mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit und Isolierung.Das Al2O3-Cu-Substrat weist die folgenden hervorragenden Eigenschaften auf:
1) Niedriger Wärmewiderstand, gleicher Wärmeausdehnungskoeffizient wie Al2O3, nahe an Silizium (7.4 · 10-5k-1). Im Einsatz ist die Übergangsschicht nicht erforderlich und der Siliziumchip kann direkt auf das DBC-Substrat geschweißt werden.
2) Gute mechanische Eigenschaften, Haftkraft größer als 5,000 N/cm2 und Schälfestigkeit größer als 90 N/cm;3) Korrosionsbeständigkeit, keine Verformung und kann im Temperaturbereich von -55 bis 860 °C verwendet werden;
4) Hervorragende elektrische Isolierung, die Spannungsfestigkeit der Porzellanplatte beträgt mehr als 2.5 kV.5) Gute Wärmeleitfähigkeit mit einer Wärmeleitfähigkeit von 24 ~ 28 W/mk;6) Gute Schweißbarkeit, über 95 %.
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DBC-Platinen werden in Zukunft das Grundmaterial für den elektronischen Schaltungsaufbau und die Verbindungstechnik sein. Wenn das herkömmliche, mit organischem Kupfer beschichtete Laminat die Thermoschockbeständigkeit von Komponenten nicht erfüllen kann, wird DBC-Platte als Grundmaterial für elektronische Hochleistungskomponenten verwendet. Da die dickere Kupferschicht (0.3 mm) bei gleichem Querschnitt eine höhere Strombelastung aushalten kann, werden im Einsatz nur 12 % der Leiterbreite der Leiterplatte benötigt. Eine gute thermoelektrische Rate ermöglicht eine dichte Installation von Leistungschips. Es kann mehr Leistung pro Volumeneinheit übertragen und die Zuverlässigkeit des Systems und der Ausrüstung verbessern. Es kann in den folgenden verwandten Bereichen der Leistungselektronik weit verbreitet eingesetzt werden:
(1) Leistungshalbleiterbauelemente wie IGBT, GTR, SIT usw.
(2) Leistungssteuerkreis;
(3) Hybridstromleitungen und neue Stromstruktureinheiten;
(4) Stromversorgung des Halbleiterrelais und des Hochfrequenz-Schaltmoduls;
(5) die Temperatursteuereinheit des elektronischen Heizgeräts;
(6) Wechselrichter, Motorgeschwindigkeitsregelung, kontaktloser Wechselstromschalter;
(7) Elektronische Keramikgeräte. Unseren Untersuchungen zufolge weist die mit Bariumtitanat-Kupfer gebrannte Elektrode, die mit der DBC-Technologie hergestellt wird, im Vergleich zu gewöhnlichen silbergebrannten Elektroden und verkupferten Elektroden einen geringeren Kontaktwiderstand und eine bessere Leistung auf.
(8) Struktureinheiten wie Automobilelektronik und Luft- und Raumfahrttechnik. Die DBC-Technologie ist die Grundlage der zukünftigen „Core Board“-Technologie und stellt den Entwicklungstrend der zukünftigen Verpackungstechnologie dar. Mit dem Einsatz von DBC-Platten macht es einen Schritt in Richtung der zukünftigen „Kernplatten“-Technologie und bildet gleichzeitig die Grundlage für ein kreatives Produktkonzept und ein hochintegriertes Gerätedesign.
??Derzeit werden mit der Entwicklung neuer Geräte wie GTR, IGBT und SIT DBC-Platinen mit besserer Wärmeleitfähigkeit benötigt. AIN-Kupferkaschiertes Laminat wurde in Japan für IGBT-Verpackungen entwickelt.
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