Materiale isolante principale del modulo di potenza

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2022-03-17 295

Principali materiali isolanti del modulo di alimentazione

Nello sviluppo di moduli a semiconduttore di potenza, con il miglioramento dell'integrazione e la riduzione del volume, il consumo energetico per unità di area di dissipazione del calore aumenta e la dissipazione del calore diventa il problema chiave nella produzione dei moduli. Tuttavia, la struttura tradizionale del modulo (saldatura e crimpatura) non è stata in grado di risolvere con successo il problema della dissipazione del calore. Pertanto, vengono proposti nuovi requisiti per i materiali termoconduttori e isolanti tra il backplane dissipatore di calore e il chip. Attualmente, questo tipo di materiale utilizzato nell'industria dell'elettronica di potenza in patria e all'estero è generalmente una struttura a piastre composite in ceramica-metallo, denominata piastra DBC (Dircet Bonding Copper).

??La cosiddetta tecnologia DBC si riferisce alla tecnologia di collegamento diretto del rame a materiali ceramici ad alta temperatura. La scheda DBC è costituita principalmente da Al2O3, AIN, BeO e altri substrati ceramici termoconduttivi e isolanti. BeO è usato raramente nell'industria a causa della sua tossicità. Sebbene l'AIN abbia una buona conduttività termica e un coefficiente di dilatazione termica simile a quello del silicio, il suo prezzo è troppo alto. Pertanto, attualmente, Al2O3 è stato ampiamente utilizzato come substrato isolante del pannello DBC e anche AIN è in fase di sviluppo.

Attualmente, substrati DBC stranieri sono stati inseriti nella produzione industriale e sono ampiamente utilizzati nei moduli semiconduttori di potenza, nella trasmissione di microonde, nella sigillatura e in altri campi. Nello stesso semiconduttore di potenza, rispetto al comune modulo di saldatura, il modulo di saldatura della scheda DBC non è solo di piccole dimensioni, leggero e consente di risparmiare parti, ma ha anche una migliore stabilità alla fatica termica e una maggiore integrazione. La ricerca in questo campo in Cina è appena iniziata, e non ha ancora formato la produzione industriale. L'Istituto di isolamento elettrico dell'Università di Xi'an Jiaotong, in combinazione con il compito dell'"Ottavo piano quinquennale" della struttura di imballaggio del modulo GTR, ha sviluppato il pannello composito Al2O3-Cu di DBC Technology e lo ha fornito all'Istituto di elettronica di potenza di Xi'an Tecnologia, Centro di ricerca e sviluppo di nuove tecnologie per l'elettronica di potenza di Pechino e altre unità per uso di prova. Attualmente è stata formata la produzione in piccoli lotti in laboratorio. La prospettiva di mercato è considerevole.

??I ruoli della scheda DBC nel modulo di alimentazione sono i seguenti:

1) Come supporto dei wafer di silicio, non ci sono altri materiali o linee di collegamento tra loro. Il substrato e il cablaggio sono simili al circuito stampato.

2) Buone prestazioni di isolamento, isolando la parte conduttiva dalla parte di dissipazione del calore.

3) Le prestazioni di dissipazione del calore sono buone e il calore generato dal wafer di silicio viene trasferito al dispositivo di dissipazione del calore attraverso l'olio motore a conduzione termica.

Pertanto, il substrato DBC è un substrato con eccellente conduttività termica e isolamento.Il substrato Al2O3-Cu ha le seguenti eccellenti caratteristiche:

1) Bassa resistenza termica, stesso coefficiente di dilatazione termica di Al2O3, vicino al silicio (7.4 10-5k-1). Quando è in uso, lo strato di transizione non è necessario e il chip di silicio può essere saldato direttamente sul substrato DBC.

2) Buone proprietà meccaniche, forza adesiva superiore a 5,000 N/cm2 e resistenza alla pelatura superiore a 90 N/cm;3) Resistenza alla corrosione, nessuna deformazione e può essere utilizzato nell'intervallo di temperature compreso tra -55 ~ 860;

4) Eccellente isolamento elettrico, la tensione di tenuta della piastra in porcellana è superiore a 2.5 KV.5) Buona conduttività termica con una conduttività termica di 24 ~ 28 w/mk;6) Buona saldabilità, superiore al 95%.
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La scheda DBC costituirà in futuro il materiale di base della struttura del circuito elettronico e della tecnologia di connessione. Quando il tradizionale laminato rivestito in rame organico non è in grado di soddisfare le prestazioni di shock termico dei componenti, la scheda DBC verrà utilizzata come materiale di base dei componenti elettronici ad alta potenza. Durante l'uso, poiché lo strato di rame più spesso (0.3 mm) può sopportare un carico di corrente maggiore, con la stessa sezione trasversale è necessario solo il 12% della larghezza del conduttore del circuito stampato. Una buona velocità termoelettrica consente di installare densamente chip di potenza. Può trasmettere più potenza per unità di volume e migliorare l'affidabilità del sistema e dell'apparecchiatura. Può essere ampiamente utilizzato nei seguenti campi correlati dell'elettronica di potenza:

(1) Dispositivi semiconduttori di potenza come IGBT, GTR, SIT, ecc.

(2) Circuito di controllo della potenza;

(3) Linee elettriche ibride e nuove unità di struttura elettrica;

(4) Alimentazione del relè a stato solido e del modulo interruttore ad alta frequenza;

(5) l'unità di controllo della temperatura del dispositivo di riscaldamento elettronico;

(6) Inverter, regolazione velocità motore, interruttore AC contactless;

(7) Dispositivi elettronici ceramici. Secondo la nostra ricerca, l'elettrodo in rame titanato di bario realizzato con la tecnologia DBC ha una resistenza di contatto inferiore e prestazioni superiori rispetto ai normali elettrodi in argento e all'elettrodo placcato in rame.

(8) Unità strutturali quali l'elettronica automobilistica e la tecnologia aerospaziale. La tecnologia DBC è il fondamento della futura tecnologia "core board" e rappresenta la tendenza di sviluppo della futura tecnologia di imballaggio. Con l'applicazione della scheda DBC, si fa un passo avanti verso la futura tecnologia della "scheda centrale" e allo stesso tempo si gettano le basi per un concetto di prodotto creativo e una progettazione di apparecchiature altamente integrate.

??Attualmente, con lo sviluppo di nuovi dispositivi come GTR, IGBT e SIT, sono necessarie schede DBC con una migliore conduttività termica. Il laminato rivestito di rame AIN è stato sviluppato in Giappone per il confezionamento degli IGBT.

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