在IGBT模块中氮化铝陶瓷基板的应用如何？

     IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上；IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

      IGBT模块因其优异的电气性能，已经被广泛的应用于现代电力电子技术中，氮化铝陶瓷基板的设计是IGBT模块结构设计中的一环，陶瓷基板设计的优劣将会影响到模块的电气特性，所以想要很好的完成IGBT的设计，就需要遵循氮化铝陶瓷基板的一些原则。

      一、 氮化铝陶瓷基板特性。

      氮化铝陶瓷基板在电力电子模块技术中，主要是作为各种芯片(IGBT芯片、Diode芯片、电阻、SiC芯片等)的承载体，陶瓷基板通过表面覆铜层完成芯片部分连接极或者连接面的连接，功能近似于PCB板。氮化铝陶瓷基板具有绝缘性能好、散热性能好、热阻系数低、膨胀系数匹配、机械性能优、焊接性能佳的显著特点。使用氮化铝陶瓷基板作为芯片的承载体，可以将芯片与模块散热底板隔离开，基板中间的AlN陶瓷层可有效提高模块的绝缘能力(陶瓷层绝缘耐压>2.5KV)。而且氮化铝陶瓷基板具有良好的导热性，热导率可以达到170-260W/mK。IGBT模块在运行过程中，在芯片的表面会产生大量的热量，这些热量会通过陶瓷基板传输到模块散热底板上，再通过底板上的导热硅脂传导于散热器上，完成模块的整体散热流动。同时，氮化铝陶瓷基板膨胀系数同硅(芯片主要材质为硅)相近(7.1ppm/K)，不会造成对芯片的应力损伤，氮化铝陶瓷基板抗剥力>20N/mm2,具有优秀的机械性能，耐腐蚀，不易发生形变，可以在较宽温度范围内使用。并且焊接性能良好，焊接空洞率小于5%，正是由于氮化铝陶瓷基板的各种优良性能，所以被广泛应用于各型IGBT模块中，采用氮化铝陶瓷基板的IGBT模块具有更好的热疲劳稳定性和更高的集成度。

        二、版图设计

　　工程技术人员会根据所设计的模块绝缘耐压、模块结构特点、芯片排布方式等级选择不同尺寸的基板尺寸，上下铜层边缘距离陶瓷层边缘距离要设计合理，以某型氮化铝陶瓷基板为例，铜层边缘与陶瓷层边缘距离为A，A应遵循原则A≥0.5mm±0.3mm，设计尺寸过小，不符合实际，厂家技术能力通常无法满足，且当尺寸过小时，有可能会造成上表面铜层边缘部位芯片与下表面铜层间放电，降低模块绝缘耐压等级，造成设计失败。版图主要根据用户模块结构特点、芯片排布、散热性能等因素进行设计，在氮化铝陶瓷基板版图设计过程中，在满足各项要求下，需要注意各型基板有最小线径要求以及铜层最小间距要求，最小线径、铜层最小间距与所选择的铜层厚度有关，线径过小、铜层间距过小会造成基板通流能力不足、器件间隔绝缘耐压不足等缺陷。斯利通陶瓷基板版图通常采用激光刻蚀完成。

      IGBT模块已被广泛的应用在现代电力电子技术中，氮化铝陶瓷基板在电力电子模块技术中，作为芯片承载体。陶瓷基板设计的优劣直接影响到模块的电气性能，遵循一定的设计原则，合理的进行基板的版图设计，就可以完成优秀的陶瓷基板设计，从而较好的完成IGBT模块的结构设计。