Material aislante clave del módulo de potencia.

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2022-03-17 295

Materiales de aislamiento clave del módulo de fuente de alimentación

En el desarrollo de módulos semiconductores de potencia, con la mejora de la integración y la reducción del volumen, el consumo de energía por unidad de área de disipación de calor aumenta y la disipación de calor se convierte en el problema clave en la fabricación de módulos. Sin embargo, la estructura del módulo tradicional (soldadura y engarzado) no ha podido resolver con éxito el problema de disipación de calor. Por lo tanto, se plantean nuevos requisitos para los materiales aislantes y conductores de calor entre la placa posterior disipadora de calor y el chip. En la actualidad, este tipo de material utilizado en la industria de la electrónica de potencia en el país y en el extranjero es generalmente una estructura de placa compuesta de metal y cerámica, denominada placa DBC (Dircet Bonding Copper).

??La denominada tecnología DBC se refiere a la tecnología de unir directamente cobre a materiales cerámicos a alta temperatura. El tablero DBC está hecho principalmente de Al2O3, AIN, BeO y otros sustratos cerámicos aislantes y conductores térmicos. El BeO rara vez se utiliza en la industria debido a su toxicidad. Aunque el AIN tiene una buena conductividad térmica y un coeficiente de expansión térmica similar al del silicio, su precio es demasiado alto. Por lo tanto, en la actualidad, el Al2O3 se ha utilizado ampliamente como sustrato aislante del tablero DBC, y AIN también se está desarrollando.

En la actualidad, los sustratos DBC extranjeros se han puesto en producción industrial y se utilizan ampliamente en módulos semiconductores de potencia, transmisión de microondas, sellado y otros campos. En el mismo semiconductor de potencia, en comparación con el módulo de soldadura común, el módulo de soldadura de la placa DBC no solo es de tamaño pequeño, liviano y ahorra piezas, sino que también tiene una mejor estabilidad a la fatiga térmica y una mayor integración. La investigación en este campo en China acaba de comenzar y aún no ha formado una producción industrial. El Instituto de Aislamiento Eléctrico de la Universidad Xi 'an Jiaotong, en combinación con la tarea del "Octavo Plan Quinquenal" de la estructura de embalaje del módulo GTR, desarrolló un tablero compuesto de Al2O3-Cu de DBC Technology y se lo proporcionó al Instituto de Electrónica de Potencia de Xi 'an. Tecnología, Centro de Investigación y Desarrollo de Nuevas Tecnologías de Electrónica de Potencia de Beijing y otras unidades para uso de prueba. En la actualidad, se ha formado una producción de pequeños lotes en laboratorio. Las perspectivas del mercado son considerables.

??Las funciones de la placa DBC en el módulo de potencia son las siguientes:

1) Como portador de obleas de silicio, no existen otros materiales ni líneas de conexión entre ellos. El sustrato, el cableado es similar a la placa de circuito impreso.

2) Buen rendimiento de aislamiento, aislando la parte conductora de la parte de disipación de calor.

3) El rendimiento de disipación de calor es bueno y el calor generado por la oblea de silicio se transfiere al dispositivo de disipación de calor a través del aceite del motor de conducción de calor.

Por tanto, el sustrato DBC es un sustrato con excelente conductividad térmica y aislamiento.El sustrato Al2O3-Cu tiene las siguientes excelentes características:

1) Baja resistencia térmica, mismo coeficiente de expansión térmica que Al2O3, cercano al silicio (7.4 10-5k-1). Cuando está en uso, no se necesita la capa de transición y el chip de silicio se puede soldar directamente al sustrato DBC.

2) Buenas propiedades mecánicas, fuerza adhesiva superior a 5,000 N/cm2 y resistencia al pelado superior a 90 N/cm;3) Resistencia a la corrosión, sin deformación y puede usarse en el rango de temperatura de -55 ~ 860;

4) Excelente aislamiento eléctrico, la tensión soportada de la placa de porcelana es superior a 2.5 KV.5) Buena conductividad térmica con una conductividad térmica de 24 ~ 28w/mk；;6) Buena soldabilidad, superior al 95%.
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La placa DBC será el material básico de la estructura de circuitos electrónicos y la tecnología de conexión en el futuro. Cuando el laminado tradicional revestido de cobre orgánico no puede cumplir con el rendimiento de choque térmico de los componentes, la placa DBC se utilizará como material básico de los componentes electrónicos de alta potencia. En uso, debido a que la capa de cobre más gruesa (0.3 mm) puede soportar una carga de corriente más alta, bajo la misma sección transversal, solo se necesita el 12% del ancho del conductor de la placa de circuito impreso. Una buena tasa termoeléctrica permite instalar densamente chips de energía. Puede transmitir más potencia por unidad de volumen y mejorar la confiabilidad del sistema y el equipo. Puede ser ampliamente utilizado en los siguientes campos relacionados de la electrónica de potencia:

(1) Dispositivos semiconductores de potencia como IGBT, GTR, SIT, etc.

(2) Circuito de control de potencia;

(3) Líneas eléctricas híbridas y nuevas unidades de estructura eléctrica;

(4) Fuente de alimentación del relé de estado sólido y del módulo de conmutación de alta frecuencia;

(5) la unidad de control de temperatura del dispositivo de calentamiento electrónico;

(6) Inversor, regulación de velocidad del motor, interruptor sin contacto de CA;

(7) Dispositivos cerámicos electrónicos. Según nuestra investigación, el electrodo de cobre y titanato de bario fabricado con tecnología DBC tiene una menor resistencia de contacto y un rendimiento superior en comparación con el electrodo de plata común y el electrodo recubierto de cobre.

(8) Unidades estructurales como la electrónica automotriz y la tecnología aeroespacial. La tecnología DBC es la base de la futura tecnología de "placas centrales" y representa la tendencia de desarrollo de la futura tecnología de embalaje. Con la aplicación del tablero DBC, se da un paso hacia la futura tecnología de "tablero central" y al mismo tiempo forma la base del concepto creativo de producto y el diseño de equipos altamente integrados.

??En la actualidad, con el desarrollo de nuevos dispositivos como GTR, IGBT y SIT, se necesitan placas DBC con mejor conductividad térmica. El laminado revestido de cobre AIN se desarrolló en Japón para el envasado IGBT.

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