鋁碳化硅基板為何在IGBT底板應(yīng)用備受歡迎

IGBT模塊中的底板發(fā)揮著形成導(dǎo)熱通道、保證導(dǎo)熱性能、增強(qiáng)模塊機(jī)械性能的作用。底板材料一般用銅或者鋁基碳化硅（AlSiC），鋁碳化硅基板哪些優(yōu)勢適應(yīng)了IGBT底板的要求呢？

一，什么是鋁碳化硅基板（AlSiC），有什么性能特點(diǎn)

      鋁碳化硅（AlSiC）是鋁基碳化硅顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的簡稱，又稱碳化硅鋁或鋁硅碳。鋁碳化硅早期應(yīng)用于美軍機(jī)雷達(dá)芯片襯底，用于替代鎢銅；替代后散熱效果優(yōu)異，并且使雷達(dá)整體減重10公斤，這使AlSiC材料得到了重視。

二，鋁碳化硅基板有以下核心優(yōu)勢

    1) AlSiC具有高導(dǎo)熱率（170～200W/mK），是一般封裝材料的十倍，可將芯片產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)，提高整個(gè)元器件的可靠性和穩(wěn)定性。

2）AlSiC是復(fù)合材料，其熱膨脹系數(shù)等性能可通過改變其組成而加以調(diào)整，可調(diào)的熱膨脹系數(shù)（6.5～9.5×10-6/K），AlSiC的熱膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體芯片和陶瓷基片實(shí)現(xiàn)良好的匹配，能夠防止疲勞失效的產(chǎn)生，甚至可以將功率芯片直接安裝到AlSiC底板上。

3) AlSiC很輕，只有銅材的1/3，和鋁差不多，但抗彎強(qiáng)度卻和鋼材一樣好。這使其在抗震性能方面表現(xiàn)優(yōu)秀，超過銅底板。

4) AlSiC的比剛度是所有電子材料中最高的，是鋁的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是銅的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是惡劣環(huán)境（震動(dòng)較大，如航天、汽車等領(lǐng)域）下的首選材料。

5) AlSiC可以大批量加工，但加工的工藝取決于碳化硅的含量，可以用電火花、金剛石、激光等加工。

6) AlSiC可以鍍鎳、金、錫等，表面也可以進(jìn)行陽極氧化處理。

7) 金屬化的陶瓷基片可以釬焊到鍍好的AlSiC底板上，用粘結(jié)劑、樹脂可以將印制電路板芯與AlSiC粘合。

8) AlSiC本身具有較好的氣密性。但是，與金屬或陶瓷電子封裝后的氣密性取決于合適的鍍層和焊接。

9) AlSiC的物理性能及力學(xué)性能都是各向同性的。

三，鋁碳化硅基板的高熱率和更加匹配的熱膨脹系數(shù)是應(yīng)用到IGBT底板的最核心的優(yōu)勢。

IGBT底板與散熱器直接相連，最主要的作用是散熱。對于底板材質(zhì)，需要考慮熱導(dǎo)率以及線膨脹系數(shù)（與芯片、陶瓷基板之間熱膨脹系數(shù)的匹配）。

AlSiC充分結(jié)合了碳化硅陶瓷和金屬鋁的不同優(yōu)勢，具有高導(dǎo)熱性、與芯片相匹配的熱膨脹系數(shù)、密度小、重量輕，以及高硬度和高抗彎強(qiáng)度，因此，在高功率電子封裝方面，AlSiC材料以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為不可替代的材料。鋁碳化硅基板是所以陶瓷基材里面散熱效果最好的，而且熱膨脹系數(shù)低，僅次于氮化硅基板。如圖所示：

如圖可以看出銅具有良好的導(dǎo)熱能力，目前常用銅底板來實(shí)現(xiàn)快速散熱，但銅的熱膨脹系數(shù)接近IGBT芯片的三倍，如果長期在震動(dòng)環(huán)境下使用，如軌道機(jī)車、電動(dòng)汽車、飛機(jī)等，其可靠性會大幅下降。而 AlSiC 熱導(dǎo)率雖不如銅，但熱膨脹系數(shù)更接近芯片及陶瓷基板，能夠有效改善模塊的熱循環(huán)能力。更多鋁碳化硅覆銅基板相關(guān)問題可以咨詢金瑞欣特種電路。

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