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陶瓷基板在IGBT上的应用

 时间:2023-09-01     浏览:661     分享

IGBT,即绝缘栅双极晶体管,是带有MOS栅极的BJT晶体管,或者我们可以说IGBT模块是BJTMOS栅极的组合。IGBT芯片体积虽小,但可以控制电能传输,只需1秒就能在6.5亿伏特高压下实现10万次电流开关。

 

IGBT模块多年来一直应用于汽车、工业、航空航天、消费电子等众多行业。但如何优化IGBT封装的散热,使模块能够工作在更高的功率下呢?如果热量能够更快地消散,IGBT模块就能拥有更先进的应用。为此,工程师使用 陶瓷 PCB 进行 IGBT 封装。

 

 

 

陶瓷 PCB IGBT 芯片的热量散发到外封装

 

您可能会问,IGBT模块工作时会产生多少热量?相当于100个电炉产生的热量。如此多的热量必须立即从 IGBT 芯片中消散,从而导致了陶瓷 PCB 的应用。

 

陶瓷 PCB 如何保护 IGBT 模块免受热量影响?在IGBT模块中,陶瓷PCB放置在IGBT芯片下方,或者我们可以说芯片组装在陶瓷电路板上。陶瓷 PCB 连接并支撑芯片,并将热量快速从芯片散发到外封装。这样可以保护芯片免受热的影响。

 

 

为什么陶瓷 PCB 可用于 IGBT 散热

 

用于 IGBT 模块散热的 PCB 包括氧化铝 (Al2O) PCB、氮化铝 (AlN) PCB 和氮化硅 (SiN) PCB

为什么陶瓷PCB可以为IGBT模块有效散热?因为陶瓷材料具有良好的散热和电绝缘性能。与铝基板 PCB 不同,陶瓷 PCB 不使用阻碍散热的绝缘层。在陶瓷PCB制造过程中,覆铜板在高温高压下直接粘合到陶瓷基板上。然后通过光刻胶涂覆的方法来制作电路层。当制造电路板时,IGBT和其他元件被安装在板上。陶瓷材料具有超高绝缘性,可承受高达20KV/mm的击穿电压。氧化铝PCB的导热系数为15-35W/mK,氮化铝PCB170-230W/mK,氮化硅PCB80+W/mK

 

 

陶瓷PCBIGBT封装中的应用

 

氧化铝 PCB IGBT 模块最常用的电路板。如果IGBT模块有较高功率或精度要求,则采用氮化铝和氮化硅PCB。氮化铝PCB和氮化硅PCB具有较高的散热性,且热膨胀系数与半导体接近。根据IGBT模块的需要,采用不同的陶瓷基板电路板。

 

新型半导体碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)开始用于IGBT芯片。SiCGaN IGBT芯片具有高频、大功率、耐高温的特点。未来,氮化铝PCB和硅碳PCB将更多地应用于大功率IGBT模块的高密度三维封装。

 

无论IGBT模块对陶瓷PCB的要求如何不同,陶瓷电路板都应具有以下特性:

•陶瓷基板具有优良的导热性和耐电压性;

•铜线路层具有极高的载流能力;

•线路层与陶瓷基板之间有较强的附着力和可靠性;

•焊接性能良好,该板适合铝线键合。

 

陶瓷基板在 IGBT 中的应用是电力电子领域的一项关键进步。它们的热管理、高效功耗、电气隔离和机械稳定性共同有助于提高 IGBT 性能和可靠性。这项创新有可能彻底改变依赖高性能电力电子设备的各个行业。陶瓷基板具有出色的导热性,可有效散发 IGBT 运行过程中产生的热量。这种热管理功能对于防止过热、确保一致的性能和延长 IGBT 的使用寿命至关重要。陶瓷基板在 IGBT 模块的各个组件之间提供高水平的电气隔离。这可以防止不必要的电气相互作用,从而增强 IGBT 系统的安全性和可靠性。

 

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