Matériau isolant clé du module d'alimentation

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2022-03-17 295

Principaux matériaux d'isolation du module d'alimentation

Dans le développement de modules à semi-conducteurs de puissance, avec l'amélioration de l'intégration et la réduction du volume, la consommation d'énergie par unité de surface de dissipation thermique augmente et la dissipation thermique devient le problème clé dans la fabrication de modules. Cependant, la structure traditionnelle des modules (soudage et sertissage) n'a pas réussi à résoudre le problème de dissipation thermique. Par conséquent, de nouvelles exigences sont proposées concernant les matériaux conducteurs de chaleur et isolants entre le fond de panier dissipant la chaleur et la puce. À l'heure actuelle, ce type de matériau utilisé dans l'industrie de l'électronique de puissance au pays et à l'étranger est généralement une structure de plaque composite céramique-métal, appelée plaque DBC (Dircet Bonding Copper).

??La technologie dite DBC fait référence à la technologie consistant à lier directement le cuivre à des matériaux céramiques à haute température. Le panneau DBC est principalement composé d'Al2O3, d'AIN, de BeO et d'autres substrats céramiques thermoconducteurs et isolants. BeO est rarement utilisé dans l’industrie en raison de sa toxicité. Bien que l’AIN ait une bonne conductivité thermique et un coefficient de dilatation thermique similaire à celui du silicium, son prix est trop élevé. Par conséquent, à l’heure actuelle, Al2O3 a été largement utilisé comme substrat isolant des panneaux DBC, et l’AIN se développe également.

À l'heure actuelle, les substrats DBC étrangers ont été mis en production industrielle et sont largement utilisés dans les modules semi-conducteurs de puissance, la transmission micro-ondes, l'étanchéité et d'autres domaines. Dans le même semi-conducteur de puissance, comparé au module de soudage commun, le module de soudage de la carte DBC est non seulement de petite taille, léger et permet d'économiser des pièces, mais présente également une meilleure stabilité à la fatigue thermique et une intégration plus élevée. La recherche dans ce domaine en Chine vient tout juste de démarrer et n'a pas encore abouti à une production industrielle. L'Institut d'isolation électrique de l'Université Jiaotong de Xi'an, combiné à la tâche du « Huitième plan quinquennal » concernant la structure d'emballage des modules GTR, a développé un panneau composite Al2O3-Cu par DBC Technology et l'a fourni à l'Institut d'électronique de puissance de Xi'an. Technologie, centre de recherche et de développement de nouvelles technologies d'électronique de puissance de Pékin et d'autres unités à des fins d'essai. À l'heure actuelle, une production en petits lots en laboratoire a été mise en place. Les perspectives de marché sont considérables.

??Les rôles de la carte DBC dans le module d'alimentation sont les suivants :

1) En tant que support de plaquettes de silicium, il n'y a aucun autre matériau ni ligne de connexion entre elles. Substrat, le câblage est similaire à celui d'un circuit imprimé.

2) Bonnes performances d'isolation, isolant la partie conductrice de la partie de dissipation thermique.

3) Les performances de dissipation thermique sont bonnes et la chaleur générée par la plaquette de silicium est transférée au dispositif de dissipation thermique via l'huile moteur à conduction thermique.

Par conséquent, le substrat DBC est un substrat doté d’une excellente conductivité thermique et d’une excellente isolation.Le substrat Al2O3-Cu présente les excellentes caractéristiques suivantes :

1) Faible résistance thermique, même coefficient de dilatation thermique que Al2O3, proche du silicium (7.4 10-5k-1). Lors de l'utilisation, la couche de transition n'est pas nécessaire et la puce de silicium peut être directement soudée sur le substrat DBC.

2) Bonnes propriétés mécaniques, force d’adhérence supérieure à 5,000 2 N/cm90 et résistance au pelage supérieure à XNUMX N/cm ;3) Résistance à la corrosion, aucune déformation et peut être utilisé dans la plage de température de -55 ~ 860 ;

4) Excellente isolation électrique, la tension de tenue de la plaque de porcelaine est supérieure à 2.5 KV.5) Bonne conductivité thermique avec une conductivité thermique de 24 ~ 28 W/mk ;6) Bonne soudabilité, supérieure à 95 %.
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La carte DBC sera le matériau de base de la structure des circuits électroniques et de la technologie de connexion à l'avenir. Lorsque le stratifié traditionnel recouvert de cuivre organique ne peut pas répondre aux performances de choc thermique des composants, la carte DBC sera utilisée comme matériau de base des composants électroniques de haute puissance. En utilisation, étant donné que la couche de cuivre plus épaisse (0.3 mm) peut supporter une charge de courant plus élevée, sous la même section transversale, seulement 12 % de la largeur du conducteur de la carte de circuit imprimé est nécessaire. Un bon taux thermoélectrique permet d'installer des puces de puissance de manière dense. Il peut transmettre plus de puissance par unité de volume et améliorer la fiabilité du système et de l'équipement. Il peut être largement utilisé dans les domaines connexes suivants de l’électronique de puissance :

(1) Dispositifs semi-conducteurs de puissance tels que IGBT, GTR, SIT, etc.

(2) Circuit de contrôle de puissance ;

(3) Lignes électriques hybrides et nouvelles unités de structure électrique ;

(4) Alimentation du relais statique et du module de commutation haute fréquence ;

(5) l'unité de contrôle de la température de l'appareil de chauffage électronique ;

(6) Onduleur, régulation de la vitesse du moteur, interrupteur sans contact AC ;

(7) Appareils électroniques en céramique. Selon nos recherches, l'électrode cuite au cuivre au titanate de baryum fabriquée par la technologie DBC a une résistance de contact inférieure et des performances supérieures par rapport à l'électrode ordinaire cuite à l'argent et à l'électrode plaquée cuivre.

(8) Unités structurelles telles que l’électronique automobile et la technologie aérospatiale. La technologie DBC constitue le fondement de la future technologie des « cartons centraux » et représente la tendance de développement de la future technologie d'emballage. Avec l'application de la carte DBC, elle fait un pas vers la future technologie des « cartes centrales » et constitue en même temps la base d'un concept de produit créatif et d'une conception d'équipement hautement intégrée.

??Actuellement, avec le développement de nouveaux dispositifs tels que GTR, IGBT et SIT, des cartes DBC avec une meilleure conductivité thermique sont nécessaires. Le stratifié plaqué cuivre AIN a été développé au Japon pour l'emballage IGBT.

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