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电力电子模块用关键绝缘材料 (导热绝缘陶瓷覆铜DBC板)

2013年12月11日 16:10  点击:[]

项目名称   电力电子模块用关键绝缘材料 (导热绝缘陶瓷覆铜DBC板) 负责人   
通讯地址   西安交通大学 邮政编码   710049
E-mail   auler@sohu.com 所在院所  
联系人   张旭峰 电话   传真  
技术来源  
拥有专利   专利号  
项目简介 电力电子模块用关键绝缘材料 (导热绝缘陶瓷覆铜DBC板) (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
在电力半导体模块的发展中,随着集成度的提高,体积减小,使得单位散热面积上的功耗增加,散热成为模块制造中的一个关键问题,而传统的模块结构(焊接式和压接式)已无法成功地解决散热问题。因此对处于散热底板和芯片之间的导热绝缘材料提出了新要求。目前,国内外电力电子行业所用此种材料一般是陶瓷-金属复合板结构,简称DBC板(Dircet (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
Bonding Copper)。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
所谓DBC技术,是指将铜在高温下直接键合到陶瓷材料上的技术。DBC板主要是采用Al2O3、AIN、BeO等导热绝缘陶瓷基片。由于BeO含有毒性,工业上少有利用。AIN虽然导热性能良好,且热膨胀系数与硅相近,但价格太高,因此目前Al2O3已被广泛用作DBC板的导热绝缘基片,而AIN也处于发展之中。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
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目前国外DBC基板已投入工业化生产,并广泛用于电力半导体模块、微波传送和密封等领域。在相同功率的电力半导体中,DBC板的焊接式模块,与普通焊接式模块相比,不仅体积小,重量轻,省部件,并且具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。国内这方面的研究刚刚起步,尚未形成工业化生产。西安交通大学电气绝缘研究所结合GTR模块封装结构的"八五"攻关任务,采用DBC技术研制出Al2O3-Cu复合板,并提供给西安电力电子技术研究所,北京电力电子新技术研究开发中心等单位试用。目前已形成实验室小批量生产。市场前景可观。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
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DBC基板在功率模块中所起的作用如下: (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
1)作为硅芯片的承载体,并且二者之间无其它任何材料和连接线。电路布线基板,功能近似于PCB板。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
2)绝缘性能好,把导电部件和散热部件隔离开。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
3)散热性能好,把硅芯片产生的热量通过导热机油传输到散热装置。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
因此说DBC基板是导热性能和绝缘性能都很优良的基板。Al2O3-Cu基板具有如下的优良特性: (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
1)热阻抗小,且热膨胀系数同Al2O3,与硅相近(7.4×10-5K-1),使用中不要过渡层,硅芯片可直接焊接在DBC基板上; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
2)具有良好的机械性能,附着力>5000N/cm2,抗剥力>90N/cm; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
3)耐腐蚀、不形变,可在-55℃~+860℃温度范围内使用; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
4)极好的电绝缘性能,瓷板耐压>2.5KV; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
5)良好的导热性,热导率为24~28W/m・K; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
6)焊接性良好,达到95%以上。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
DBC板将是未来电子线路中结构和连接技术的基础材料。在传统有机覆铜P.C.板不能满足元件热冲击性能的时候,DBC板将用于具有高耗散功率电子组件的基本材料。在使用中,由于较厚的铜层(0.3mm)能承受更高的电流负载,在相同截面下,仅需通常P.C.板12%的导体宽度;良好的热电率,使功率芯片的密集安装成为可能。在单位体积内能传输更大的功率,提高系统和设备的可靠性。在电力电子如下相关领域可得广泛应用: (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
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(1)功率半导体器件,如IGBT、GTR、SIT等; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(2)功率控制线路; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(3)混合功率线路及新式功率结构单元; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(4)固态继电器及高频开关模块电源; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(5)电子加热器件的温度控制单元; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(6)变频器、电机调速、交流无触点开关; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(7)电子陶瓷器件,经我所研究表明,采用DBC技术制作BaTiO3的烧铜电极,与普通的烧银电极以及镀铜电极相比,接触电阻小,性能优越; (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
(8)汽车电子、航空航天军事技术等方面的结构单元。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
DBC技术是未来"芯-板"技术的基础,代表着今后封装技术的发展趋势,随着DBC板的应用,就向未来的"芯-板"技术迈进了一步,同时也形成了创造性产品思想和具有高集成度设备设计的基础。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
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目前,随着GTR、IGBT、SIT等新型器件的发展,对导热更好的DBC板又提出了要求,日本已研制出了AIN覆铜板,并用于IGBT的封装中。我国已研制出AIN陶瓷基片,我所已开展了AIN覆铜板的研制工作,并正在进行键合机理及工艺过程的研究,预计在"九五"期间,将会在国内电力半导体行业中得到应用。 (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
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项目优势 A 市场发展前景很好         B 产品或工艺创新性突出
C 经济效益显著        D 社会效益显著         E 其他
    
现处阶段 A 研发阶段 B 小试阶段 C 中试阶段 D 批量生产阶段
技术领先        (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
项目可行性分析      (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)
合作项目
项目总投资(万) 基建费(万) 设备费(万) 成果转让费(万) 流动资金(万) 其他(万)
           
厂房/办公面积及人员要求  
预计年产量   年销售额  
成本(万)   利润(万)  
年投资回报率%   投资回收期  
其他需要说明的问题      (科技在线,版权所有,未经许可,请勿转载 http://www.xjtust.com)

      
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