隨著高速鐵路、城市軌道交通、新能源汽車(chē)、智能電網(wǎng)和風(fēng)能發(fā)電等行業(yè)發(fā)展，對(duì)于高壓大功率IGBT模塊的需求迫切且數(shù)量巨大。由于高壓大功率IGBT模塊技術(shù)門(mén)檻較高，難度較大，特別是要求封裝材料散熱性能更好、可靠性更高、載流量更大。高壓大功率IGBT模塊所產(chǎn)生的熱量主要是通過(guò)陶瓷覆銅板傳導(dǎo)到外殼而散發(fā)出去的，因此陶瓷覆銅板是電力電子領(lǐng)域功率模塊封裝的不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。

一、氮化鋁陶瓷基板是理想封裝材料

目前，已應(yīng)用作為陶瓷覆銅板基板材料共有三種陶瓷，分別是氧化鋁陶瓷基板、氮化鋁陶瓷基板和氮化硅陶瓷基板，主要性能如上表1所示。氧化鋁基板是最常用的陶瓷基板，但由于氧化鋁基板相對(duì)低的熱導(dǎo)率、與硅的熱膨脹系數(shù)匹配不好，作為高功率模塊封裝材料，氧化鋁材料的應(yīng)用前景不容樂(lè)觀。氮化硅綜合性能優(yōu)異，但氮化硅基板實(shí)際熱導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論熱導(dǎo)率的值，一些高熱導(dǎo)率氮化硅陶瓷(＞150W/(m·K))還處于實(shí)驗(yàn)室階段。

二、氮化鋁陶瓷覆銅板制作工藝比較

與氧化鋁不同，氮化鋁作為共價(jià)鍵結(jié)合的原子晶體，銅及銅的氧化物在其表面難以潤(rùn)濕、鋪展，形成完美鍵合更不可能。因此氮化鋁DBC制備的前提是在氮化鋁表面形成可潤(rùn)濕銅及銅氧化物的過(guò)渡層，廣泛使用的方法是在氮化鋁表面形成致密、均一的氧化鋁復(fù)合層。采用AMB工藝也是制備高可靠氮化鋁陶瓷覆銅板的解決方案之一。

1）DBC工藝以銅和氧化鋁的共晶粘結(jié)為基礎(chǔ)，首先氧化氮化鋁基板，在其表面生長(zhǎng)一層氧化鋁，然后通過(guò)銅和氧化亞銅進(jìn)行共晶，該共晶體一方面與氮化鋁表面的氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)尖晶石的物質(zhì)，另一方面浸潤(rùn)銅箔和陶瓷實(shí)現(xiàn)陶瓷與銅箔的結(jié)合。DBC是通過(guò)鏈?zhǔn)綘t方式進(jìn)行燒結(jié)。