파워 모듈의 핵심 절연재

2022-03-17 295

전원 모듈의 주요 절연재

전력 반도체 모듈 개발에 있어서 집적도 향상과 부피 감소로 인해 단위 방열 면적당 소비 전력이 증가하고 있으며, 방열은 모듈 제조의 핵심 문제가 되고 있습니다. 그러나 기존의 모듈 구조(용접 및 압착)로는 열 방출 문제를 성공적으로 해결하지 못했습니다. 따라서 방열 백플레인과 칩 사이의 열 전도 및 절연 재료에 대한 새로운 요구 사항이 제시됩니다. 현재 국내외 전력전자 산업에 사용되는 이러한 종류의 재료는 일반적으로 DBC 플레이트(Dirce Bonding Copper)라고 불리는 세라믹-금속 복합 플레이트 구조입니다.

??소위 DBC 기술은 구리를 세라믹 재료에 고온에서 직접 결합시키는 기술을 말합니다. DBC 보드는 주로 Al2O3, AIN, BeO 및 기타 열 전도성 및 절연 세라믹 기판으로 만들어집니다. BeO는 독성 때문에 산업계에서는 거의 사용되지 않습니다. AIN은 실리콘과 비슷한 열전도율과 열팽창계수를 갖고 있지만 가격이 너무 비싸다. 따라서 현재 Al2O3는 DBC 보드의 절연 기판으로 널리 사용되고 있으며 AIN도 개발 중입니다.

현재 외국 DBC 기판은 산업 생산에 투입되었으며 전력 반도체 모듈, 마이크로파 전송, 밀봉 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 동일한 전력 반도체에서 일반 용접 모듈과 비교하여 DBC 보드의 용접 모듈은 크기가 작고 무게가 가벼우며 부품을 절약할 뿐만 아니라 열 피로 안정성이 뛰어나고 통합성이 높습니다. 중국에서는 이 분야의 연구가 이제 막 시작되었으며 아직 산업 생산을 형성하지 못했습니다. Xi'an Jiaotong University의 전기 절연 연구소는 GTR 모듈 패키징 구조의 "2차 3개년 계획" 과제와 결합하여 DBC Technology의 AlXNUMXOXNUMX-Cu 복합 보드를 개발하여 Xi'an 전력 전자 연구소에 제공했습니다. 기술, 베이징 전력 전자 신기술 연구 개발 센터 및 시험용 기타 장치. 현재 실험실에서 소규모 배치 생산이 이루어졌습니다. 시장 전망은 상당합니다.

??전원 모듈에서 DBC 보드의 역할은 다음과 같습니다.

1) 실리콘 웨이퍼의 캐리어로서 다른 재료나 웨이퍼 사이를 연결하는 선이 없습니다. 기판, 배선은 인쇄 회로 기판과 유사합니다.

2) 전도성 부분과 방열 부분을 분리하여 절연 성능이 좋습니다.

3) 방열 성능이 좋고, 실리콘 웨이퍼에서 발생한 열이 열전도 엔진 오일을 거쳐 방열 장치로 전달됩니다.

따라서 DBC 기판은 열전도성과 절연성이 우수한 기판입니다.Al2O3-Cu 기판은 다음과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다.

1) 열 저항이 낮고 열팽창 계수가 Al2O3와 동일하며 실리콘(7.4 10-5k-1)에 가깝습니다. 사용 중에는 전이층이 필요하지 않으며 실리콘 칩을 DBC 기판에 직접 용접할 수 있습니다.

2) 우수한 기계적 성질, 5,000 N/cm2 이상의 접착력 및 90 N/cm 이상의 박리 저항;3) 내식성이 있고 변형이 없으며 -55 ~ 860의 온도 범위에서 사용할 수 있습니다.

4) 전기 절연성이 뛰어나 도자기 판의 내전압은 2.5KV 이상입니다.5) 24 ~ 28w/mk의 열전도율로 우수한 열전도율;6) 용접성이 95% 이상으로 양호하다.
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DBC 보드는 향후 전자회로 구조와 접속기술의 기초소재가 될 것이다. 전통적인 유기 동박 적층판이 부품의 열충격 성능을 충족할 수 없는 경우 DBC 보드는 고전력 전자 부품의 기본 재료로 사용됩니다. 사용 시 더 두꺼운 구리층(0.3mm)은 더 높은 전류 부하를 견딜 수 있으므로 동일한 단면적에서 인쇄 회로 기판 도체 폭의 12%만 필요합니다. 열전율이 좋아 파워칩을 촘촘하게 설치할 수 있다. 단위 부피당 더 많은 전력을 전달할 수 있으며 시스템과 장비의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 다음과 같은 전력 전자 관련 분야에서 널리 사용될 수 있습니다.

(1) IGBT, GTR, SIT 등의 전력반도체소자

(2) 전력 제어 회로;

(3) 하이브리드 전력선 및 새로운 전력 구조 장치;

(4) 무접점 계전기 및 고주파 스위치 모듈의 전원 공급 장치;

(5) 전자 가열 장치의 온도 조절 장치;

(6) 인버터, 모터 속도 조절, AC 비접촉 스위치;

(7) 전자 세라믹 장치. 우리의 연구에 따르면 DBC 기술로 만든 티탄산바륨 구리 연소 전극은 일반 은 연소 전극 및 구리 도금 전극에 비해 접촉 저항이 낮고 성능이 우수합니다.

(8) 자동차 전자 및 항공 우주 기술과 같은 구조적 단위. DBC 기술은 미래 '코어보드' 기술의 근간이자 미래 패키징 기술의 발전 추세를 대변한다. DBC 보드의 적용으로 미래의 "코어 보드" 기술을 향한 한 걸음을 내딛는 동시에 창의적인 제품 컨셉과 고집적 장비 설계의 기반을 형성합니다.

??현재 GTR, IGBT, SIT 등 새로운 소자의 개발로 인해 더 나은 열전도도를 갖춘 DBC 보드가 요구되고 있습니다. AIN 구리 피복 적층판은 IGBT 패키징을 위해 일본에서 개발되었습니다.

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