IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD模块化半导体产品(续流二极管芯片)通过特定的电路桥包装而成;包装后IGBT模块直接应用于变频器,UPS在不间断电源等设备上;IGBT模块具有节能、安装维护方便、散热稳定等特点;目前市场上销售的大多数模块化产品,一般所说的IGBT也指IGBT模块;随着节能环保理念的推进,这类产品在市场上会越来越普遍;IGBT它是能源转换和传输的核心设备,俗称电力电子设备CPU作为国家战略性新兴产业,广泛应用于轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车、新能源设备等领域。
IGBT由于其优异的电气性能,该模块已广泛应用于现代电力电子技术中。氮化铝陶瓷基板的设计是IGBT陶瓷基板设计是模块结构设计中最重要的环节,其优缺点将直接影响模块的电气特性,因此需要很好地完成IGBT氮化铝陶瓷基板的设计必须遵循一些原则。
一、氮化铝陶瓷基板的特点。
氮化铝陶瓷基板主要用作各种芯片(IGBT芯片、Diode芯片、电阻、SiC芯片等)的载体,陶瓷基板通过表面覆铜层完成芯片部分的连接极或连接面的连接,功能类似PCB板。氮化铝陶瓷基板具有绝缘性能好、散热性能好、热阻系数低、膨胀系数匹配、机械性能好、焊接性能好的显著特点。以氮化铝陶瓷基板为芯片的载体,可将芯片与模块散热底板隔,基板中间AlN陶瓷层能有效提高模块的绝缘能力(陶瓷层绝缘耐压)>2.5KV)。而且氮化铝陶瓷基板导热性好,导热率可达170-260W/mK。IGBT模块在运行过程中,在芯片的表面会产生大量的热量,这些热量会通过陶瓷基板传输到模块散热底板上,再通过底板上的导热硅脂传导于散热器上,完成模块的整体散热流动。与此同时,氮化铝陶瓷基板的膨胀系数与硅(硅芯片的主要材料)相似(7).1ppm/K),氮化铝陶瓷基板的抗剥力不会对芯片造成应力损伤>20N/mm2.机械性能优异,耐腐蚀,不易变形,可在较宽的温度范围内使用。而且焊接性能好,焊接空洞率小于5%于氮化铝陶瓷基板的各种优良性能,广泛应用于各种类型IGBT在模块中,使用氮化铝陶瓷基板IGBT该模块具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。
二、版图设计
工程技术人员将根据设计的模块绝缘耐压、模块结构特点和芯片布置等级选择不同尺寸的基板尺寸。上下铜层边缘与陶瓷层边缘的距离应合理设计。以某种氮化铝陶瓷基板为例,铜层边缘与陶瓷层边缘的距离为A,A应遵循原则A≥0.5mm±0.3mm,设计尺寸过小,不符合现实,厂家的技术能力通常无法满足,当尺寸过小时,上铜层边缘芯片与下铜层之间可能会放电,降低模块,降低模块绝缘耐压等级,导致设计失败。布局主要根据用户模块结构特点、芯片布置、散热性能等因素设计,在氮化铝陶瓷基板布局设计过程中,满足要求,需要注意最小线径要求和铜层间距要求,最小线径、铜层间距与所选铜层厚度有关,线径过小,铜层间距会导致基板通流能力不足、设备间隔绝缘耐压等缺陷。激光刻蚀通常完成斯利通陶瓷基板的布局。激光刻蚀通常完成斯利通陶瓷基板的布局。
IGBT该模块已广泛应用于现代电力电子技术中。氮化铝陶瓷基板作为电力电子模块技术的主要芯片载体,其重要地位不言而喻。陶瓷基板设计的优缺点直接影响模块的电气性能,遵循一定的设计原则,合理的基板布局设计,可以完成优秀的陶瓷基板设计,从而更好地完成IGBT模块结构设计。
目前国内IGBT板块最大的问题在于设计层面。如果能解决这个问题,一举解决IGBT为我国科技事业迈出国家的垄断地位迈出了一大步。