IGBT模块的材料参数_第1页
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1、IGBT模块的材料参数目前,功率器件和模块均采用引线键合的互连工艺和平面封装结构。图1为普通IGBT模块的解剖图从上图本文可以看出，IGBT模块共由7层结构构成，大致可以分成三部分：芯 片,DBC和基板。每部分之间由焊锡连接而成。本文知道 IGBT是在晶闸管的基础 上发展而来，但与传统的晶闸管相比，IGBT模块省去了内部的阴极和阳极金属层 分别由芯片表面引出的焊线及 DBC上层铜板代替。除此之外，原先的镍金属缓冲 层也被去掉了 ,其代价是单个IGBT芯片的容量减少。为了弥补这一缺陷,本文需 要在DBC板上安置更多的IGBT芯片。IGBT模块是由不同的材料层构成，如金属，陶瓷以及高分子聚合物以及

2、填充 在模块内部用来改善器件相关热性能的硅胶。 他们的热膨胀系数以及热导率存在 很大的差异，在器件的工作过程中会出现意想不到的问题。物理上，热导率代表了物体导热性能的大小。在IGBT模块中，涉及到的材料, 其热导率绘成柱形图如下：gQQ一 一 -“34400 r-O* g131 他ncAlsoEpo 賀 ydmso0Z4图2材料导热系数柱形图热膨胀系数(coefficient of thermal expansion, CTE)是指物体在单位温度下体积的变化，其国际单位为K-1。对于IGBT这种具有堆叠结构的功率器件，它在正常工作下温度很咼，因此不同的材料也会因热胀冷缩原理产生不同程度的形 变

3、,进而影响器件的可靠性。图3绘出出了模块内几种材料的热膨胀系数。2520PO03.Rmoo詈AIM5 o图3材料的热膨胀系数有机材料的引入可以使接合线不被腐蚀，还有较高的击穿场强，然而,它在模 块内部形成的有机薄膜会产生较大的寄生电容，进而影响器件的部分性能。除了材料的选择，事实上,IGBT模块内部每层材料的厚度也有其规范。传统 的IGBT模块里，陶瓷的主要成分为AI2Q,基板采用铜材料；在高压IGBT模块 里,DBC内的陶瓷被AlN所取代；后期，高压IGBT模块又有所改进,主要变化在于 使用碳化硅铝取代原先的铜基板。表1不同IGBT模块各层材料的厚度单位:mmAI2Q陶瓷，Cu基板AlN陶瓷,Cu基板AlN 陶瓷,AISiC基板焊接层a30.050.050.05铜板0.30.30.3陶瓷板0.3810.6351.0铜板0.30.30.3焊接层b30.050.10.1基板355散热硅胶0.050.040.04当然,在特定的场合，所需的IGBT模块内部材料厚度也不尽相同。比方说，原 先的DBC陶瓷厚度为0.63mm但为了减少器件的热阻

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