Modern güç elektroniği sistemlerinde IGBT (yalıtımlı geçit bipolar transistör) modülü, enerji dönüşümü ve kontrolünün temel bileşenidir ve uzun vadeli kararlılığı ve güvenilirliği çok önemlidir. IGBT modül paket yapısının temel bileşeni olan seramik kaplı alt tabaka yalnızca devre bileşenlerini taşımakla kalmaz, aynı zamanda modülün ısı dağıtım verimliliğini ve hizmet ömrünü doğrudan etkileyen ısı iletimi gibi ağır bir görevi de üstlenir. Bu makale, farklı seramik altlık malzemelerinin, seramik bakır kaplı plakanın performansı üzerindeki etkisini, özellikle ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme katsayısı uyumu perspektifinden araştırmayı, alümina, silikon nitrür ve alüminyum nitrür seramik altlık malzemelerinin avantajlarını ve dezavantajlarını analiz etmeyi amaçlamaktadır. yüksek güç modülü ambalaj malzemelerinin seçimi için teorik bir temel sağlamak amacıyla.
alümina substratların uygulama sınırlamaları: Her ne kadar alümina seramik alt tabakalar, maliyet etkinlikleri ve kanıtlanmış süreçleri nedeniyle yaygın olarak kullanılsa da, nispeten düşük ısı iletkenlikleri ve silikon malzemelerin ısıl genleşme katsayısıyla uyumsuzlukları, yüksek güç yoğunluklu modüllerdeki uygulama potansiyellerini sınırlamaktadır.
Silikon nitrür substratların beklentileri ve zorlukları: Silikon nitrür seramikleri, özellikle yüksek sıcaklıktaki ortamlarda mükemmel genel performanslarıyla bilinir. Bununla birlikte, silikon nitrür seramiklerinin gerçek termal iletkenliği teorik değerden çok daha düşüktür ve yüksek termal iletkenliğe sahip silikon nitrür seramiklerinin araştırılması ve geliştirilmesi hala laboratuvar aşamasındadır ve bu da onun geniş uygulamasını kısıtlayan önemli bir faktör haline gelmektedir.
Alüminyum nitrür substratın avantajları: Yarı iletken malzemelere (Si gibi) benzer mükemmel termal iletkenlik ve termal genleşme katsayısı ile alüminyum nitrür bakır kaplı plaka, IGBT modülünün termal yönetim problemini etkili bir şekilde çözer, iç gerilimi azaltır, modülün güvenilirliğini ve servis ömrünü önemli ölçüde artırır ve güç elektroniği cihazı ambalajı için ideal alt tabaka malzemesi olarak kabul edilir.
Üç seramik alt tabaka malzemesinin ana özellikleri ayrıntılı olarak karşılaştırılmıştır (Tablo 1'de gösterildiği gibi). Her ne kadar alümina substrat yüksek bir popülerliğe sahip olsa da, yetersiz ısıl iletkenlik ve ısıl genleşme katsayısının uyumsuzluğu sorunu, özellikle yüksek güçlü modüllerde giderek daha belirgin hale gelmiştir; bu da, artan ısıl gerilime neden olabilir ve modülün stabilitesini ve ömrünü etkileyebilir. Silisyum nitrür substratının genel performansı üstün olmasına ve gerçek termal iletkenlik ile sınırlı olmasına rağmen, yüksek termal iletkenlik talebini karşılamak zordur ve ticarileştirme süreci hala zamana ihtiyaç duymaktadır. Buna karşılık, yüksek termal iletkenliği ve iyi termal genleşme katsayısı uyumu ile alüminyum nitnitid bakır kaplı plaka, IGBT modülü termal yönetim problemini çözmenin anahtarı haline gelir, yalnızca ısı iletimini hızlandırmakla kalmaz, aynı zamanda farkın neden olduğu iç gerilimi de azaltır. termal genleşme sağlar ve böylece modülün güvenilirliğini ve dayanıklılığını artırır.
Özetle, seramik altlık malzemelerinin seçimi, IGBT modüllerinin uzun vadeli performansı açısından çok önemlidir. Alümina, silisyum nitrür ve alüminyum nitrürden oluşan üç malzeme arasında alüminyum nitrür bakır kaplı plakalar, mükemmel termal özellikleri ve yarı iletken malzemelerle iyi eşleşmeleri nedeniyle yüksek güçlü modül paketlerinde büyük avantajlar gösterir. Gelecekte, malzeme biliminin sürekli ilerlemesi ve hazırlama teknolojisinin optimizasyonu ile birlikte, alüminyum nitrür seramik altlıkların, güç elektroniği endüstrisinde daha yüksek güç yoğunluğunun ve daha yüksek güvenilirliğin geliştirilmesini teşvik eden temel malzemeler haline gelmesi bekleniyor. Bu nedenle, belirli uygulama senaryoları için, seramik alt tabaka malzemelerinin makul seçimi, genel performansın iyileştirilmesi ve IGBT modüllerinin hizmet ömrünün uzatılması açısından büyük önem taşımaktadır.
