IGBT绝缘特性

IGBT绝缘特性

电子元器件（半导体模块）中，隔离带电部分和底板的材料，被称作绝缘材料。在大功率半导体元器件中，往往使用陶瓷作为是一种高性能绝缘体的底板。这层很薄的绝缘物质，原则上是聚酰亚胺或环氧树脂，它有比陶瓷绝缘子高得多的热阻。例如IMS的基板（绝缘金属基板，图2.5.11）。IMS 常常被用在低成本/低功耗应用领域中，绝缘材料直接覆盖在绝缘底座上。铜层的表面被贴上薄膜，然后按照设计好的结构图案进行蚀刻。它的优点是成本低廉，可完成精细的布线（用于控制驱动和安全装置的集成）和机械结构的坚固性。非常薄的绝缘层也会带来较高的感应电容。当铜层很薄时，它的散热效果也很小。有时要用额外的金属导热层或者铝质部件代替绝缘层，垫在芯片的下面来改善散热效果。 DCB 基板（直接铜熔接基板）在陶瓷绝缘体占主要位置。它中间是由三氧化二铝材料，两侧镀铜层构成的。在高于1063 度的温度中，使陶瓷表面形成一层薄的氧化铜。与DCB 基板同样重要的还有AMB 基板 (Active Metal Brazing, Aktivlöten，主动金属钎焊基板), 它是用含有含钛钎焊材料，把铜或铝箔焊接在氧化铝或氮化铝（AlN）陶瓷上。在上面的铜层按照要求蚀刻成连接模块的印刷电路板。底面的DCB 陶瓷不是同模块底板焊在一起，就是用设计好的外壳把它紧压在散热板上。

陶瓷基板的优势是，它们的热膨胀系数非常接近硅。与此相反，在IMS 基板（绝缘金属基板）上的金属（铜，铝）材料的膨胀系数差别很大，在温度变化时，基板和焊接硅芯片之间就会产生应力。连接IGBT 模块后就会加剧这种应力，它就会对隔离材料的绝缘性和耐压性提出更高的要求。绝缘性和耐压性是同很多因素有关系，比如基板厚度，材质和材料的均匀性，同封装外壳及填充物，甚至同芯片的放置都有关系。现在在模块中使用的材料的绝缘电压一般在2.5 kVeff 到 9 kVeff 之间。图2.5.12 显示了目前使用的不同材料在标准基板厚度d 所能达到的最大绝缘电压。