Which Ceramic Substrate Material is Optimal for High-Power IGBT Module Packaging?

Nov 11 , 2024

In modern power electronics systems, the IGBT (insulated gate bipolar transistor) module is the core component of energy conversion and control, and its long-term stability and reliability are very important. As the key component of IGBT module package structure, ceramic clad substrate not only carries the circuit components, but also bears the heavy task of heat conduction, which directly affects the heat dissipation efficiency and service life of the module. This paper aims to explore the influence of different ceramic substrate materials on the performance of ceramic copper clad plate, especially from the perspective of thermal conductivity and thermal expansion coefficient matching, analyze the advantages and disadvantages of alumina, silicon nitride and aluminum nitride ceramic substrate materials, in order to provide a theoretical basis for the selection of high power module packaging materials.

 

Application limitations of alumina substrates: Although alumina ceramic substrates are widely used due to their cost effectiveness and proven processes, their relatively low thermal conductivity and mismatch with the thermal expansion coefficient of silicon materials limit their application potential in high power density modules.

 alumina substrates

 

Prospects and challenges of silicon nitride substrates: Silicon nitride ceramics are known for their excellent overall performance, especially in high temperature environments. However, the actual thermal conductivity of silicon nitride ceramics is much lower than the theoretical value, and the research and development of high thermal conductivity silicon nitride ceramics is still in the laboratory stage, which becomes a key factor restricting its wide application.

 silicon nitride substrates

 

Advantages of aluminum nitride substrate: With excellent thermal conductivity and thermal expansion coefficient similar to semiconductor materials (such as Si), aluminum nitride copper clad plate effectively solves the thermal management problem of IGBT module, reduces internal stress, significantly improves the reliability and service life of the module, and is regarded as the ideal substrate material for power electronic device packaging.

aluminum nitride substrate

 

The main properties of the three ceramic substrate materials are compared in detail (as shown in Table 1). Although the alumina substrate has a high popularity, the problem of insufficient thermal conductivity and mismatch of thermal expansion coefficient has become increasingly prominent, especially in high-power modules, which may lead to increased thermal stress and affect the stability and life of the module. Although the overall performance of silicon nitride substrate is superior, but limited by the actual thermal conductivity, it is difficult to meet the demand for high thermal conductivity, and its commercialization process still needs time. In contrast, aluminum nitnitide copper clad plate with its high thermal conductivity and good thermal expansion coefficient matching, become the key to solve the IGBT module thermal management problem, not only accelerate the heat conduction, but also reduce the internal stress caused by the difference in thermal expansion, thereby improving the reliability and durability of the module.

 

In summary, the selection of ceramic substrate materials is crucial to the long-term performance of IGBT modules. Among the three materials of alumina, silicon nitride and aluminum nitride, aluminum nitride copper clad plates show great advantages in high-power module packages due to their excellent thermal properties and good matching with semiconductor materials. In the future, with the continuous progress of material science and the optimization of preparation technology, aluminum nitride ceramic substrates are expected to become the key materials to promote the development of higher power density and higher reliability in the power electronics industry. Therefore, for specific application scenarios, reasonable selection of ceramic substrate materials is of great significance for improving the overall performance and extending the service life of IGBT modules.

Kategoriler

SSS

Öncelikli odak noktamız alümina, zirkonya, silisyum karbür, silisyum nitrür, alüminyum nitrür ve kuvars seramikleri gibi gelişmiş seramik malzemeler olmasına rağmen, her zaman yeni malzeme ve teknolojileri araştırıyoruz. Belirli bir malzeme gereksiniminiz varsa lütfen bizimle iletişime geçin; ihtiyaçlarınızı karşılamak veya uygun ortaklar bulmak için elimizden geleni yapacağız.

Kesinlikle. Teknik ekibimiz seramik malzemeler konusunda derin bilgiye ve ürün tasarımında geniş deneyime sahiptir. Ürünleriniz için en iyi performansı sağlamak amacıyla size malzeme seçimi tavsiyesi ve ürün tasarımı desteği sunmaktan mutluluk duyuyoruz.

Sabit bir minimum sipariş değeri gereksinimimiz yoktur. Her zaman müşterilerimizin ihtiyaçlarını karşılamaya odaklanıyoruz ve sipariş büyüklüğü ne olursa olsun kaliteli hizmet ve ürünler sunmaya çalışıyoruz.

Seramik ürünlere ek olarak, bunlarla sınırlı olmamak üzere bir dizi ek hizmet de sağlıyoruz: ihtiyaçlarınıza göre, kendi ürettiğiniz yarı mamul veya yarı mamul kullanılarak özelleştirilmiş seramik işleme hizmetleri; Dış kaynaklı seramik paketleme ve metal kaplama hizmetleriyle ilgileniyorsanız, daha fazla tartışma için lütfen bizimle iletişime geçin. Çeşitli ihtiyaçlarınızı karşılamak için size her zaman tek elden çözüm sunmaya kararlıyız.

Evet, yapıyoruz. Dünyanın neresinde olursanız olun, siparişinizin güvenli ve zamanında teslim edilmesini sağlayabiliriz.

Sorunuzu gönderin

Yüklemek
* File ONLY PDF/JPG./PNG. Available.
Submit Now

Bizimle İletişime Geçin

Bizimle İletişime Geçin
Aşağıdaki formu elinizden geldiğince doldurmanız yeterli. Ve ayrıntıları dert etmeyin.
Göndermek
Looking for Video?
Bize Ulaşın #
19311583352

Ofis Saatleri

  • Pazartesi - Cuma: 09:00 - 12:00, 14:00 - 17:30

Çalışma saatlerimizin Greenwich Ortalama Saati'nden (GMT) sekiz saat ileri olan Pekin Saatine göre belirlendiğini lütfen unutmayın. Sorularınızı ve toplantılarınızı buna göre planlama konusunda anlayışınız ve işbirliğiniz için teşekkür ederiz. Normal saatlerimiz dışındaki acil konular veya sorularınız için bizimle e-posta yoluyla iletişime geçmekten çekinmeyin; size en kısa sürede geri dönüş yapacağız. İşiniz için teşekkür ederiz ve size hizmet vermeyi sabırsızlıkla bekliyoruz.

Ev

Ürünler

whatsApp

temas etmek