IPM中覆銅陶瓷基板的熱傳導(dǎo)性

智能功率模塊(IntelligentPowerModule,IPM)作為一種功率驅(qū)動類電子產(chǎn)品,集成了功率開關(guān)管、驅(qū)動電路和檢測保護(hù)電路,其功耗少、體積小、抗干擾能力強。但是IPM的集成度太高,散熱問題亟待解決。經(jīng)研究表明,在硅基IPM封裝結(jié)構(gòu)里熱阻百分比為焊料層10%、芯片6%、底板20%、覆銅陶瓷(DBC)基板銅層8%和陶瓷層56%。所以減少DBC基板的熱阻成為優(yōu)化其導(dǎo)熱性能以及增強功率模塊熱可靠性能的重要途徑。

IPM工作時主要的熱源來自功率模塊中的IGBT和FRD芯片,芯片產(chǎn)生的熱量通過DBC基板、散熱器與外界進(jìn)行熱量交換。其中DBC陶瓷基板是功率模塊熱量向外傳遞的重要途徑。因此，金屬層采用銅,絕緣層采用典型的Al2O3和AlN材料。Al2O3陶瓷的加工技術(shù)相對成熟,成本不高且具有較好的絕緣性、機械性和穩(wěn)定性;AlN陶瓷導(dǎo)熱性強、介電常數(shù)低、密度小、機械強度高。

陶瓷層厚度的影響

由于陶瓷層的主要作用是絕緣隔離,因此厚度選擇不能太薄,否則會引起模塊功能失效，當(dāng)增大陶瓷層厚度時,DBC基板的最高溫度不斷升高,說明從散熱能力和成本因素出發(fā),無論哪種陶瓷材料,陶瓷層都是越薄越好;但是為了保證絕緣要求及機械強度,陶瓷層的參考厚度一般為0.35~0.65mm。其中,Al2O3-DBC隨陶瓷層厚度的變化影響更大,因為高導(dǎo)熱系數(shù)AlN陶瓷材料的使用在很大程度上降低了DBC的整體熱阻,減小陶瓷層厚度,其最高溫度的下降幅度較為平緩。

來源電子元件與材料, 2022, 41(6): 648-654. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2022.1614