功率模块用陶瓷覆铜基板研究进展

• 作 者: 赵东亮[1]高岭[2]
• 机 构: 中国电子科技集团公司第十三研究所专用集成电路重点实验室,河北石家庄050051
• 出 处: 全国电子陶瓷、陶瓷——金属封接第十四届会议暨真空电子与专用金属材料分会2014年年会
• 发表日期: 2014年期

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是电力电子领域中最重要的大功率器件,大规模应用于电动汽车、电力机车等领域.陶瓷覆铜板既具有陶瓷的高导热性、高电绝缘性、高机械强度、低膨胀等特性,又具有无氧铜金属的高导电性和优异的焊接性能,是IGBT功率模块封装的不可或缺的关键基础材料.目前，已应用作为陶瓷覆铜板基板材料共有三种陶瓷，分别是氧化铝陶瓷基板、氮化铝陶瓷基板和氮化硅陶瓷基板，氧化铝基陶瓷基板是最常用的陶瓷基板，由于它具有好的绝缘性、好的化学稳定性、好的力学性能和低的价格，但由于氧化铝陶瓷基片低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好。作为高功率模块封装材料，氧化铝材料的应用前景不容乐观。氮化铝基板具有高的热导率和与硅、碳化硅材料相匹配的热膨胀系数，是较为理想的陶瓷基板材料。目前，氮化铝陶瓷基板已经成为高端功率模块的首选陶瓷基板材料。然而，无论是氧化铝还是氮化铝陶瓷基板，其抗弯强度和断裂韧性都相对较低，导致焊接无氧铜后在热循环过程中易于开裂，影响整个功率模块的可靠性。氮化硅陶瓷具有低的2.4倍于氧化铝和氮化铝的抗弯强度，因此具有比氮化铝高得多的可靠性，尤其是高强度可以实现其与厚铜基板的覆接，大幅提高基板的热性能。陶瓷覆铜技术包括表面镀铜技术、陶瓷直接覆铜技术以及活性金属焊接技术。