IGBT会用到哪些陶瓷基板？IGBT增长将拉动陶瓷基板需求？

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）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。

01 IGBT增长将拉动陶瓷基板需求

IGBT是现代电力电子器件中的主导型器件，是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品。IGBT是能源变换与传输的核心器件，能够根据信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等，广泛应用轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域，可想而知它有多么重要。

 

据Yole数据，2020~2026全球IGBT市场将从54亿美元增至84亿美元，CAGR7.5%。其中工业应用与家电占比最大，合计51.19%，电动汽车与充电桩增速最快，2020-2026年CAGR超20%。IGBT在新能源汽车中的成本约占整车成本的7%-10%，是除电池以外成本第二高的元件，也是决定整车能源效率的关键器件。随着和能源汽车的大量需求和不断渗透，全球IGBT市场规模在未来几年时间仍将继续保持稳定增长的势头。

在工控领域、电源行业、家电行业、新能源汽车及光伏类IGBT快速增长大大背景下，陶瓷基板特别是高性能散热基板的需求将与日俱增。

02 IGBT模块结构及功能

它其实只是指甲盖那么大的小方块，但别看体积小，能量却很大。它是采用IC驱动等各种驱动保护电路，然后利用新型封装技术，最终实现高性能的IGBT芯片。这其中它还将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率自然进化，达到较低的压降。

▲（图源网络）

03 IGBT会用到哪些陶瓷基板？

IGBT模块是由不同的材料层构成，如金属，陶瓷以及高分子聚合物以及填充在模块内部用来改善器件相关热性能的硅胶。陶瓷基片方面主要有氧化铝、氮化铝、氮化硅等；覆铜板主要是DBC、DPC、AMB。

传统的IGBT模块中，氧化铝精密陶瓷基板是最常用的精密陶瓷基板。但由于氧化铝精密陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好，并不适合作为高功率模块封装材料。

 

氮化铝精密陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率，散热快；在应力方面，热膨胀系数与硅接近，整个模块内部应力较低；又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能，是IGBT模块封装的关键基础材料。提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的首选。

高功率IGBT模块领域，氮化硅陶瓷覆铜板因其可以焊接更厚的无氧铜以及更高的可靠性在未来电动汽车用高可靠功率模块中应用广泛。

▲（图源富士电机）

目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板，原因在于DBC具有金属层厚度大（一般为100~600um），具有载流大、耐高温性能好及可靠性高的特点，结合强度高(热冲击性好)等特点。DPC陶瓷基板由于在厚度的缺陷，在IGBT上的应用面不太广。

近年来,国外采用活性金属化焊接（AMB）技术实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接。该技术制备的陶瓷覆铜板可靠性大幅提高,因此,AMB基板已成为新能源汽车、轨道交通、航空航天、风力发电等中高端IGBT主要散热电路板。

审核编辑：刘清