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文檔簡介

1、IGBT模塊的材料參數目前 , 功率器件和模塊均采用引線鍵合的互連工藝和平面封裝結構。圖 1 為普通 IGBT 模塊的解剖圖。圖 1 IGBT 模塊結構示意圖從上圖本文可以看出,IGBT 模塊共由 7層結構構成 , 大致可以分成三部分 : 芯片 ,DBC和基板。 每部分之間由焊錫連接而成。 本文知道 IGBT 是在晶閘管的基礎上發(fā)展而來 , 但與傳統的晶閘管相比 ,IGBT 模塊省去了內部的陰極和陽極金屬層 , 分別由芯片表面引出的焊線及 DBC上層銅板代替。除此之外 , 原先的鎳金屬緩沖層也被去掉了 , 其代價是單個 IGBT 芯片的容量減少。為了彌補這一缺陷 , 本文需要在 DBC板上安置

2、更多的 IGBT 芯片 8 。IGBT模塊是由不同的材料層構成 , 如金屬 , 陶瓷以及高分子聚合物以及填充在模塊內部用來改善器件相關熱性能的硅膠。他們的熱膨脹系數以及熱導率存在很大的差異 , 在器件的工作過程中會出現意想不到的問題。物理上 , 熱導率代表了物體導熱性能的大小。在 IGBT 模塊中 , 涉及到的材料 , 其熱導率繪成柱形圖如下：圖 2 材料導熱系數柱形圖熱膨脹系數 (coefficient of thermal expansion, CTE)是指物體在單位溫度下體積的變化 , 其國際單位為 K-1 。對于 IGBT 這種具有堆疊結構的功率器件 , 它在正常工作下溫度很高 , 因

3、此不同的材料也會因熱脹冷縮原理產生不同程度的形變 , 進而影響器件的可靠性。圖 3 繪出出了模塊內幾種材料的熱膨脹系數。圖 3 材料的熱膨脹系數有機材料的引入可以使接合線不被腐蝕 , 還有較高的擊穿場強 , 然而 ,它在模塊內部形成的有機薄膜會產生較大的寄生電容 , 進而影響器件的部分性能。除了材料的選擇 , 事實上 ,IGBT 模塊內部每層材料的厚度也有其規(guī)范。傳統的 IGBT 模塊里 , 陶瓷的主要成分為 Al 2 O3 , 基板采用銅材料 ; 在高壓IGBT模塊里 ,DBC內的陶瓷被 AlN 所取代 ; 后期 , 高壓 IGBT模塊又有所改進 , 主要變化在于使用碳化硅鋁取代原先的銅基板。表 1 不同 IGBT 模塊各層材料的厚度單位 :mmAl O 陶AlN 陶瓷 ,CuAlN 陶瓷 ,AlSiC23瓷 , Cu基板基板基板焊接層 a30.050.050.05銅板0.30.30.3陶瓷板0.3810.6351.0銅板0.30.30.3焊接層 b30.050.10.1基板355散熱硅0.050.040.04膠當然 , 在特定的場合 , 所需的 IGBT 模塊內部材料厚度也不盡相同。比方說 , 原先的 DBC陶瓷厚度為 0.63mm,但為了減少器件的熱阻 ,

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