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パワーモジュールの重要な絶縁材料
2022-03-17
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電源モジュールの主要な絶縁材料
パワー半導体モジュールの開発では、集積度の向上と体積の縮小に伴い、単位放熱面積あたりの消費電力が増加しており、放熱がモジュール製造における重要な問題となっています。しかし、従来のモジュール構造（溶接と圧着）では放熱の問題をうまく解決できませんでした。 したがって、熱放散バックプレーンとチップ間の熱伝導材料および絶縁材料に対して新たな要件が提起されています。 現在、国内外のパワーエレクトロニクス産業で使用されているこの種の材料は、DBCプレート（Dircet Bonding Copper）と呼ばれるセラミックと金属の複合板構造が一般的です。
??いわゆるDBC技術とは、セラミック材料に銅を高温で直接接合する技術を指します。 DBC ボードは主に Al2O3、AlN、BeO およびその他の熱伝導性および絶縁性のセラミック基板でできています。 BeO はその毒性のため、産業界ではほとんど使用されていません。 AINはシリコンと同様の良好な熱伝導率と熱膨張係数を持っていますが、価格が高すぎます。したがって、現在、DBC 基板の絶縁基板としては Al2O3 が広く使用されており、AIN も開発されています。
現在、海外のDBC基板が工業生産されており、パワー半導体モジュール、マイクロ波伝送、封止などの分野で広く使用されている。 同じパワー半導体において、一般的な溶接モジュールと比較して、DBC ボードの溶接モジュールは小型、軽量、部品を節約するだけでなく、熱疲労安定性が優れ、集積度も高くなります。 中国におけるこの分野の研究は始まったばかりで、まだ工業生産には至っていない。 西安交通大学電気絶縁研究所は、GTRモジュールパッケージ構造の「第2次3カ年計画」課題と組み合わせて、DBC TechnologyによるAlXNUMXOXNUMX-Cu複合基板を開発し、西安パワーエレクトロニクス研究所に提供した。技術、北京パワーエレクトロニクス新技術研究開発センターおよび試用のためのその他のユニット。 現在、実験室での小ロット生産が形成されています。 市場の見通しはかなりのものです。
??パワーモジュールにおける DBC ボードの役割は次のとおりです。
1) シリコンウェーハのキャリアとして、他の材料やそれらの間に接続線はありません。 基板、配線はプリント基板と同様です。
2) 絶縁性に優れ、導電部と放熱部が絶縁されています。
3) 放熱性能が良く、シリコンウエハーから発生した熱は熱伝導エンジンオイルを介して放熱装置に伝達されます。
したがって、DBC基板は熱伝導性と絶縁性に優れた基板です。Al2O3-Cu基板は次のような優れた特性を持っています。
1) 熱抵抗が低く、熱膨張係数は Al2O3 と同じで、シリコン (7.4 10-5k-1) に近い。 使用時には遷移層は必要なく、シリコンチップをDBC基板に直接溶接できます。
2) 良好な機械的特性、接着力が 5,000 N/cm2 以上、耐剥離性が 90 N/cm 以上。3）耐食性があり、変形がなく、-55〜860の温度範囲で使用できます。
4) 優れた電気絶縁性、磁器プレートの耐電圧は 2.5KV 以上です。5）熱伝導率が24〜28w/mkの良好な熱伝導性。6) 良好な溶接性、95% 以上。
??
DBCボードは、将来の電子回路構造や接続技術の基礎となる素材です。 従来の有機銅張積層板が部品の熱衝撃性能を満たせない場合、DBC ボードは高出力電子部品の基本材料として使用されます。 使用時には、厚い銅層 (0.3mm) がより高い電流負荷に耐えることができるため、同じ断面の下では、プリント回路基板の導体幅の 12% だけが必要になります。 優れた熱電率により、パワーチップを高密度に実装することが可能になります。 単位体積あたりにより多くの電力を伝送でき、システムや機器の信頼性が向上します。 以下のパワーエレクトロニクス関連分野で広く使用できます。
（１）IGBT、GTR、SIT等のパワー半導体デバイス
(2) 電力制御回路。
(3) ハイブリッド電力線と新しい電力構造ユニット。
(4) ソリッドステートリレーおよび高周波スイッチモジュールの電源。
（５）電子加熱装置の温度制御ユニット。
(6) インバーター、モーター速度調整、AC 無接点スイッチ;
(7) 電子セラミックデバイス。当社の研究によれば、DBC技術によるチタン酸バリウム銅焼成電極は、通常の銀焼成電極や銅メッキ電極と比較して接触抵抗が低く、優れた性能を発揮します。
（８）自動車エレクトロニクス、航空宇宙技術等の構造単位 DBC 技術は将来の「コアボード」技術の基礎であり、将来のパッケージング技術の開発トレンドを表しています。 DBC ボードの適用により、将来の「コアボード」テクノロジーに向けた一歩を踏み出すと同時に、創造的な製品コンセプトと高度に統合された機器設計の基礎を形成します。
??現在、GTR、IGBT、SITなどの新しいデバイスの開発により、より優れた熱伝導率を持つDBCボードが必要とされています。 AIN銅張積層板はIGBTパッケージング用に日本で開発されました。
パワー半導体モジュールの開発では、集積度の向上と体積の縮小に伴い、単位放熱面積あたりの消費電力が増加しており、放熱がモジュール製造における重要な問題となっています。しかし、従来のモジュール構造（溶接と圧着）では放熱の問題をうまく解決できませんでした。 したがって、熱放散バックプレーンとチップ間の熱伝導材料および絶縁材料に対して新たな要件が提起されています。 現在、国内外のパワーエレクトロニクス産業で使用されているこの種の材料は、DBCプレート（Dircet Bonding Copper）と呼ばれるセラミックと金属の複合板構造が一般的です。
現在、海外のDBC基板が工業生産されており、パワー半導体モジュール、マイクロ波伝送、封止などの分野で広く使用されている。 同じパワー半導体において、一般的な溶接モジュールと比較して、DBC ボードの溶接モジュールは小型、軽量、部品を節約するだけでなく、熱疲労安定性が優れ、集積度も高くなります。 中国におけるこの分野の研究は始まったばかりで、まだ工業生産には至っていない。 西安交通大学電気絶縁研究所は、GTRモジュールパッケージ構造の「第2次3カ年計画」課題と組み合わせて、DBC TechnologyによるAlXNUMXOXNUMX-Cu複合基板を開発し、西安パワーエレクトロニクス研究所に提供した。技術、北京パワーエレクトロニクス新技術研究開発センターおよび試用のためのその他のユニット。 現在、実験室での小ロット生産が形成されています。 市場の見通しはかなりのものです。
??パワーモジュールにおける DBC ボードの役割は次のとおりです。
1) シリコンウェーハのキャリアとして、他の材料やそれらの間に接続線はありません。 基板、配線はプリント基板と同様です。
2) 絶縁性に優れ、導電部と放熱部が絶縁されています。
3) 放熱性能が良く、シリコンウエハーから発生した熱は熱伝導エンジンオイルを介して放熱装置に伝達されます。
したがって、DBC基板は熱伝導性と絶縁性に優れた基板です。Al2O3-Cu基板は次のような優れた特性を持っています。
1) 熱抵抗が低く、熱膨張係数は Al2O3 と同じで、シリコン (7.4 10-5k-1) に近い。 使用時には遷移層は必要なく、シリコンチップをDBC基板に直接溶接できます。
2) 良好な機械的特性、接着力が 5,000 N/cm2 以上、耐剥離性が 90 N/cm 以上。3）耐食性があり、変形がなく、-55〜860の温度範囲で使用できます。
4) 優れた電気絶縁性、磁器プレートの耐電圧は 2.5KV 以上です。5）熱伝導率が24〜28w/mkの良好な熱伝導性。6) 良好な溶接性、95% 以上。
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DBCボードは、将来の電子回路構造や接続技術の基礎となる素材です。 従来の有機銅張積層板が部品の熱衝撃性能を満たせない場合、DBC ボードは高出力電子部品の基本材料として使用されます。 使用時には、厚い銅層 (0.3mm) がより高い電流負荷に耐えることができるため、同じ断面の下では、プリント回路基板の導体幅の 12% だけが必要になります。 優れた熱電率により、パワーチップを高密度に実装することが可能になります。 単位体積あたりにより多くの電力を伝送でき、システムや機器の信頼性が向上します。 以下のパワーエレクトロニクス関連分野で広く使用できます。
（１）IGBT、GTR、SIT等のパワー半導体デバイス
(2) 電力制御回路。
(3) ハイブリッド電力線と新しい電力構造ユニット。
(4) ソリッドステートリレーおよび高周波スイッチモジュールの電源。
（５）電子加熱装置の温度制御ユニット。
(6) インバーター、モーター速度調整、AC 無接点スイッチ;
(7) 電子セラミックデバイス。当社の研究によれば、DBC技術によるチタン酸バリウム銅焼成電極は、通常の銀焼成電極や銅メッキ電極と比較して接触抵抗が低く、優れた性能を発揮します。
（８）自動車エレクトロニクス、航空宇宙技術等の構造単位 DBC 技術は将来の「コアボード」技術の基礎であり、将来のパッケージング技術の開発トレンドを表しています。 DBC ボードの適用により、将来の「コアボード」テクノロジーに向けた一歩を踏み出すと同時に、創造的な製品コンセプトと高度に統合された機器設計の基礎を形成します。
??現在、GTR、IGBT、SITなどの新しいデバイスの開発により、より優れた熱伝導率を持つDBCボードが必要とされています。 AIN銅張積層板はIGBTパッケージング用に日本で開発されました。
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