大功率IGBT功率模块用氮化铝覆铜基板

随着高速铁路、城市轨道交通、新能源汽车、智能电网和风能发电等行业发展，对于高压大功率IGBT模块的需求迫切且数量巨大。由于高压大功率IGBT模块技术门槛较高，难度较大，特别是要求封装材料散热性能更好、可靠性更高、载流量更大。高压大功率IGBT模块所产生的热量主要是通过陶瓷覆铜板传导到外壳而散发出去的，因此陶瓷覆铜板是电力电子领域功率模块封装的不可或缺的关键基础材料。

一、氮化铝陶瓷基板是理想封装材料

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，主要性能如上表1所示。氧化铝基板是最常用的陶瓷基板，但由于氧化铝基板相对低的热导率、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。氮化硅综合性能优异，但氮化硅基板实际热导率远远低于理论热导率的值，一些高热导率氮化硅陶瓷(＞150W/(m·K))还处于实验室阶段。

二、氮化铝陶瓷覆铜板制作工艺比较

与氧化铝不同，氮化铝作为共价键结合的原子晶体，铜及铜的氧化物在其表面难以润湿、铺展，形成完美键合更不可能。因此氮化铝DBC制备的前提是在氮化铝表面形成可润湿铜及铜氧化物的过渡层，广泛使用的方法是在氮化铝表面形成致密、均一的氧化铝复合层。采用AMB工艺也是制备高可靠氮化铝陶瓷覆铜板的解决方案之一。

1）DBC工艺以铜和氧化铝的共晶粘结为基础，首先氧化氮化铝基板，在其表面生长一层氧化铝，然后通过铜和氧化亚铜进行共晶，该共晶体一方面与氮化铝表面的氧化铝发生化学反应生产尖晶石的物质，另一方面浸润铜箔和陶瓷实现陶瓷与铜箔的结合。DBC是通过链式炉方式进行烧结。