IGBT是一種新型的電力電子器件,其基本結(jié)構(gòu)是在晶體管的基極和發(fā)射極之間加入絕緣層以及一個(gè)控制電極。
IGBT兼具了MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的優(yōu)點(diǎn),如高輸入阻抗、低驅(qū)動(dòng)功耗、快速開關(guān)能力等,以及BJT(雙極型晶體管)的優(yōu)點(diǎn),如高電流承載能力、低導(dǎo)通壓降等。因此,IGBT在功率電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。IGBT模塊主要由以下幾個(gè)部分組成:IGBT芯片、鍵合導(dǎo)線、封裝結(jié)構(gòu)(基板、散熱、硅凝膠等)、驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路;下面介紹IGBT模塊主要材料。
硅凝膠作為一種特殊的電子灌封材料,除具備有機(jī)硅類灌封膠獨(dú)特的耐候和耐老化性能、優(yōu)異的耐高 低溫性能、良好的疏水性和電絕緣性能之外,還具有內(nèi)應(yīng)力小、抗沖擊性好、粘附力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),是IGBT模塊灌封的首選材料。
IGBT封裝采用的陶瓷覆銅載板主要有DBC(直接鍵合覆銅)和AMB(活性釬焊覆銅)兩種類型。與DBC采用直接熱壓敷合陶瓷/銅的方式不同,AMB的陶瓷和銅之間有釬料填充和參加界面反應(yīng),所以能夠獲得極低的界面空洞率和非常牢靠的界面結(jié)合。另外,由于陶瓷和銅復(fù)合機(jī)理的不同,DBC一般僅適用于Al2O3等氧化物陶瓷,應(yīng)用于AlN時(shí)陶瓷表面必須進(jìn)行預(yù)氧化,對(duì)于Si3N4陶瓷的適用難度較大,而AMB陶瓷覆銅工藝能直接適用于包括Al2O3、AlN、Si3N4在內(nèi)的各種類型的陶瓷。
IGBT器件是功率變流裝置的核芯,廣泛應(yīng)用于電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車、軌道交通、變頻家電、電力工程、可再生能源和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域,是電力電子最重要的大功率主流器件之一。
IGBT模塊的正常工作時(shí)溫度范圍是-40°C~150°C,所以要維持IGBT芯片的正常工作就需要散熱器幫助其散熱,IGBT功率模塊性能的提升很大程度上依賴散熱性能的改善。
鋁基碳化硅(AlSiC)被稱為金屬化的陶瓷材料,是一種顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,采用鋁合金作為基體,碳化硅作為增強(qiáng)體,充分結(jié)合了金屬鋁和陶瓷的不同優(yōu)勢,從出現(xiàn)伊始,就得到封裝熱管理行業(yè)的青睞,也是目前高功率IGBT模塊封裝最佳的選擇。