Kluczowy materiał izolacyjny modułu mocy

Home Wiadomości Branżowe Kluczowy materiał izolacyjny modułu mocy

2022-03-17 295

Kluczowe materiały izolacyjne modułu zasilającego

W rozwoju modułów półprzewodnikowych mocy, wraz z poprawą integracji i zmniejszeniem objętości, wzrasta zużycie energii na jednostkę powierzchni rozpraszania ciepła, a rozpraszanie ciepła staje się kluczowym problemem w produkcji modułów. Jednakże tradycyjna konstrukcja modułu (spawanie i zaciskanie) nie była w stanie skutecznie rozwiązać problemu rozpraszania ciepła. Dlatego stawiane są nowe wymagania dotyczące materiałów przewodzących ciepło i izolujących pomiędzy płytą montażową odprowadzającą ciepło a chipem. Obecnie tego rodzaju materiałem stosowanym w przemyśle energoelektroniki w kraju i za granicą jest ogólnie płyta kompozytowa ceramiczno-metalowa, określana jako płyta DBC (Dircet Bonding Copper).

??Tzw. technologia DBC odnosi się do technologii bezpośredniego łączenia miedzi z materiałami ceramicznymi w wysokiej temperaturze. Płyta DBC składa się głównie z Al2O3, AIN, BeO i innych przewodzących ciepło i izolujących podłoży ceramicznych. BeO jest rzadko stosowany w przemyśle ze względu na jego toksyczność. Chociaż AIN ma dobrą przewodność cieplną i współczynnik rozszerzalności cieplnej podobny do krzemu, jego cena jest zbyt wysoka. Dlatego obecnie Al2O3 jest szeroko stosowany jako podłoże izolacyjne płyty DBC, a AIN również się rozwija.

Obecnie zagraniczne podłoża DBC zostały wprowadzone do produkcji przemysłowej i są szeroko stosowane w modułach półprzewodnikowych mocy, transmisji mikrofalowej, uszczelnianiu i innych dziedzinach. W tym samym półprzewodniku mocy, w porównaniu ze zwykłym modułem spawalniczym, moduł spawalniczy płyty DBC jest nie tylko mały, lekki i oszczędza części, ale także ma lepszą stabilność zmęczenia cieplnego i większą integrację. Badania w tej dziedzinie w Chinach dopiero się rozpoczęły i nie zaowocowały jeszcze produkcją przemysłową. Instytut Izolacji Elektrycznej Uniwersytetu Xi 'an Jiaotong, w połączeniu z zadaniem „Ósmego planu pięcioletniego” dotyczącym konstrukcji opakowania modułu GTR, opracował płytę kompozytową Al2O3-Cu firmy DBC Technology i dostarczył ją do Instytutu Elektroniki Energetycznej Xi’an Technology, Centrum Badań i Rozwoju Nowych Technologii w Pekinie Power Electronics oraz inne jednostki do użytku próbnego. Obecnie powstała produkcja małoseryjna w laboratorium. Perspektywy rynkowe są znaczne.

??Role płyty DBC w module mocy są następujące:

1) Jako nośnik płytek krzemowych nie ma pomiędzy nimi żadnych innych materiałów ani linii łączących. Podłoże, okablowanie jest podobne do płytki drukowanej.

2) Dobra wydajność izolacji, izolująca część przewodzącą od części rozpraszającej ciepło.

3) Wydajność rozpraszania ciepła jest dobra, a ciepło wytwarzane przez płytkę krzemową jest przekazywane do urządzenia rozpraszającego ciepło poprzez olej silnikowy przewodzący ciepło.

Dlatego podłoże DBC jest podłożem o doskonałej przewodności cieplnej i izolacji.Podłoże Al2O3-Cu ma następujące doskonałe właściwości:

1) Niski opór cieplny, taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej jak Al2O3, zbliżony do krzemu (7.4 · 10-5k-1). Podczas użytkowania warstwa przejściowa nie jest potrzebna, a chip krzemowy można bezpośrednio zgrzać z podłożem DBC.

2) Dobre właściwości mechaniczne, siła przyczepności większa niż 5,000 N/cm2 i odporność na odrywanie większa niż 90 N/cm;3) Odporność na korozję, brak odkształceń i może być stosowany w zakresie temperatur -55 ~ 860;

4) Doskonała izolacja elektryczna, napięcie wytrzymywane płyty porcelanowej przekracza 2.5 KV.5) Dobra przewodność cieplna o przewodności cieplnej 24 ~ 28 w/mk;6) Dobra spawalność, ponad 95%.
??
Płytka DBC będzie w przyszłości podstawowym materiałem struktury obwodów elektronicznych i technologii połączeń. Gdy tradycyjny laminat pokryty miedzią organiczną nie jest w stanie wytrzymać szoku termicznego komponentów, płyta DBC będzie stosowana jako podstawowy materiał komponentów elektronicznych dużej mocy. W użyciu, ponieważ grubsza warstwa miedzi (0.3 mm) może wytrzymać większe obciążenie prądowe, przy tym samym przekroju, potrzebne jest tylko 12% szerokości przewodu płytki drukowanej. Dobra szybkość termoelektryczna umożliwia gęstą instalację układów mocy. Może przesyłać większą moc na jednostkę objętości i poprawiać niezawodność systemu i sprzętu. Może być szeroko stosowany w następujących pokrewnych dziedzinach energoelektroniki:

(1) Urządzenia półprzewodnikowe mocy, takie jak IGBT, GTR, SIT itp.

(2) Obwód sterowania mocą;

(3) Hybrydowe linie elektroenergetyczne i nowe jednostki struktury elektroenergetycznej;

(4) Zasilanie przekaźnika półprzewodnikowego i modułu przełączającego wysokiej częstotliwości;

(5) moduł kontroli temperatury elektronicznego urządzenia grzewczego;

(6) Falownik, regulacja prędkości silnika, przełącznik bezdotykowy AC;

(7) Elektroniczne urządzenia ceramiczne. Według naszych badań elektroda opalana miedzią z tytanianu baru, wykonana w technologii DBC, ma niższą rezystancję styku i lepszą wydajność w porównaniu ze zwykłą elektrodą opalaną srebrem i elektrodą miedziowaną.

(8) Jednostki konstrukcyjne, takie jak elektronika samochodowa i technologia lotnicza. Technologia DBC jest podstawą przyszłej technologii „płyty nośnej” i reprezentuje trend rozwojowy przyszłej technologii pakowania. Dzięki zastosowaniu płyty DBC stanowi krok w kierunku przyszłej technologii „płyty rdzeniowej”, a jednocześnie stanowi podstawę kreatywnej koncepcji produktu i wysoce zintegrowanego projektowania sprzętu.

??Obecnie, wraz z rozwojem nowych urządzeń, takich jak GTR, IGBT i SIT, konieczne jest zastosowanie płyt DBC o lepszym przewodnictwie cieplnym. Laminat pokryty miedzią AIN został opracowany w Japonii na potrzeby obudów IGBT.

Odpowiedzi na pytania dotyczące produktów z serii modułów z kryształową tubą

Charakterystyka i zastosowanie stałonapięciowego modułu ciśnieniowego bramek stałoprądowych