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10月29日奇才vs魔术:IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐宓鬧譜餮芯?/h1>

nba奇才vs湖人 www.aokkq.club 2017/2/6 10:56:58 來源:互聯網 電力電子論壇|免費發布產品

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nba奇才vs湖人 www.aokkq.club   摘要 IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?Direct Bonded Copper簡稱DBC)是在高溫(>1000℃)、流動(N2+O2)氣氛下將厚度0.15mm~0.3mm的銅箔與厚度0.25 mm或0.38mm的Al2O3陶瓷基片直接單面或雙面鍵合而成的復合材料。它具有優良的熱導性,高的電絕緣強度,超級的熱循環穩定性,穩定的機械性能和優異的可焊性。它的熱膨脹系數與硅很接近,因而可把硅芯片直接焊在DBC陶瓷覆銅板上,從而減掉了過渡層鉬片。它可按功率單元電路的要求,像PCB板一樣能蝕刻出各種圖形作為硅芯片焊接襯底以及主電極和控制極的焊接支架。它載流能力大,其銅箔的電流密度約為銅導體的6~8倍左右。因此DBC陶瓷覆銅板已成為目前電力半導體??櫓譜韉幕」丶牧?。文章還簡要地介紹了淄博市臨淄銀河高技術開發有限公司在生產IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐騫討興捎玫奶厥庾ㄓ泄ひ占際躋約癉BC陶瓷覆銅板的規格和主要技術參數。

  關鍵詞 陶瓷覆銅基板;鍵合技術;電力半導體???銅箔;氧化鋁(Al2O3)基板;氮化鋁(AlN)基板

  1、引言

  銅直接鍵合(Direct Bonded Copper,簡稱DBC)技術是在上世紀70年代初由美國通用電氣(GE)公司研發成功。由于該鍵合技術工藝復雜,后續工藝工序繁瑣以及專用工藝設備的限制,致使在DBC技術研發成功的最初十幾年內,幾乎未能形成DBC陶瓷覆銅板的規模生產。但DBC陶瓷覆銅板的各種優異特性引起美國和西歐大型器件公司的高度重視,經過扎實研發解決了銅和陶瓷的浸潤工藝,使DBC陶瓷覆銅板實現了良好的分子鍵合,大大提高了DBC陶瓷覆銅板的性能,目前利用DBC鍵合工藝已能全自動批量生產139.7mm×190.5mm Al2O3的DBC陶瓷覆銅板,并已廣泛應用于大功率電力半導體???、LED組件、聚光太陽能電池、航空航天和軍用電子組件等領域。因此,DBC陶瓷覆銅板已成為大功率電力電子電路結構技術和互聯技術的基礎材料。

  淄博市臨淄銀河高技術開發有限公司根據市場需求,于上世紀90年代初開始研發DBC陶瓷覆銅板,在解決了流動氣氛下溫度(>1000℃)的穩定控制精度(±0.25℃)以及銅液相厚度和Cu-Cu2O共晶熔點的

  控制技術后,于2002年成功開發出0.63mm厚Al2O3雙面覆0.3mm厚銅箔的DBC陶瓷覆銅板,現已大批量供應晶閘管和整流管??橐約鞍氳繼逯呂淦骱圖す饃淦檔繚吹攘煊蚴褂?。2009年公司按市場需求,在連續突破了厚膜銅漿與Al2O3陶瓷鍵合技術難關后,成功開發出大功率LED陶瓷覆銅散熱基板和聚光太陽能電池陶瓷覆銅散熱基板。此后,公司又在突破銅箔預處理工藝技術難關,銅箔與超薄Al2O3陶瓷基板(0.25mm和0.38mm)鍵合、冷卻等工藝技術難關后,成功地開發出IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?DBC),并于2010年3通過國家科技成果鑒定,現已能批量供應用戶使用,目前公司已獲得與DBC陶瓷覆銅板相關國家專利12項。

  2、銅-陶瓷直接鍵合原理

  人們利用氧(O2)能使銅的熔點降低這一物理現象,解決了銅- Al2O3陶瓷直接鍵合工藝技術。要使銅箔與Al2O3陶瓷牢固的鍵合,必須在高溫(>1000℃)和一定氧氣氛下,在銅表面形成一定厚度的Cu20層,然后隨溫度的升高出現一層很薄的Cu和Cu20共晶熔體,其熔點略低于銅熔點(1083℃)且主要成分是Cu(約占95%),經一定時間的恒溫,使共晶熔體完全浸潤到銅和Al2O3陶瓷,降溫后使銅與Al2O3陶瓷形成牢固的鍵合。如圖1所示。

  

 

  3、銅-陶瓷(Al2O3)鍵合的專用工藝技術

  目前本公司已能批量生產IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?DBC),其主要工藝流程為:陶瓷基片和銅箔的清洗烘干→銅箔預處理→銅箔與陶瓷基片的高溫共晶鍵合→冷熱階梯循環冷卻→質檢→按要求刻蝕圖形→化學鍍鎳(或鍍金)→質檢→激光劃片、切割→成品質檢→真空或充氮氣包裝→入成品庫。

  

 

  

 

  3.1 專用設備的研制

  為了能在流動氧和氮氣氛下把高溫控制在±0.25℃范圍內,以保證自主研發的銅-陶瓷-銅高溫共晶鍵合技術在動態氣氛下的穩定性,公司專門研制了具有自主知識產權的YH-03型鏈式共晶鍵合爐(圖2)。其爐體結構、傳動系統、測控方式等結合工藝要求作了全面優化設計,保證了共晶鍵合工藝的穩定性,從而大大提高了產品的成品率。

  3.2 銅箔預處理專有工藝技術

  為了降低銅箔與陶瓷鍵合的空洞率,保證DBC陶瓷覆銅板的低熱阻,本公司采用銅箔預處理專有工藝技術,使銅箔與陶瓷的鍵合過程始終呈線性區域復合,改善了高溫鍵合時液相對陶瓷的濕潤角,有利于排除氣泡,進一步減少了銅箔和陶瓷之間空隙的不均勻性。

  3.3 冷-熱階梯循環冷卻工藝

  為了改善DBC陶瓷覆銅板的彎曲率,降低目前常用的直接冷卻法使DBC陶瓷覆銅板應力過大的問題,經多次計算分析,設計出全新的冷卻模式:冷-熱階梯循環冷卻應力消除專有工藝技術,實現了DBC陶瓷覆銅板的低應力鍵合,使成品DBC陶瓷覆銅板的彎曲率≤100um/50mm。

  4、產品的規格和主要技術參數

  4.1 產品規格

  淄博市臨淄銀河高技術開發有限公司已能批量供應下列規格產品(見表1)。其最大規格尺寸為139.7mm×190.5mm,并可根據用戶需要激光切割成各種規格尺寸。

  

 

  4.2 主要技術參數

  表2 IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?DBC)的主要技術參數

  

 

  5、陶瓷覆銅板未來發展趨勢

  由于AlN陶瓷覆銅板的熱導率是Al2O3陶瓷覆銅板的5~10倍,其熱膨脹系數幾乎是Al2O3陶瓷覆銅板的一半,非常接近硅的熱膨脹系數,很有利于硅芯片直接焊在AlN陶瓷覆銅板上,AlN的機械強度和絕緣性能與Al2O3很接近,因而AlN陶瓷覆銅板將在新型電力半導體??櫚姆庾爸械玫焦惴河τ?。但AlN是一種共價鍵較強的非氧化物,在高溫下很難與銅濕潤而鍵合,因此必須在AlN表面形成一定厚度且非常致密的氧化層作為過渡層,這是當今解決Cu-AlN牢固鍵合的關鍵。

  6、結束語

  IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?DBC)是在高溫(>1000℃)和流動(N2+O2)氣氛下、溫度控制精度(±0.25 ℃)的條件下,采用本公司自主創新研發的銅箔預處理減少鍵合空洞率的專有工藝技術和“冷-熱階梯循環冷卻”應力消除專有工藝技術,把0.38㎜(或0.25㎜)厚的Al2O3陶瓷板與0.3㎜(或0.15㎜)厚的銅箔牢固地鍵合在一起。由于采用上述專用設備和特殊工藝技術,使DBC陶瓷覆銅板的成品率大大提高,鍵合強度提高,鍵合面幾乎沒有空洞,熱阻大大降低(約為0.19K/W)。這些優點非常有利于IGBT??櫚姆庾?,使??樽莧茸杞檔?,增加??槭涑齬β?,并使IGBT??櫚奈榷ㄐ院涂煽啃蘊岣?。目前,本項目已獲國家發改委新型電力電子產業化專項支持,公司已能大批量生產IGBT??橛玫腿茸杼沾篩餐?。

  參改文獻

  1.Dr.JuergenSchulz-Harder Dr.KarlExel.Recent,Developments of Direct Bonded Copper(DBC)Substrates for Power Modules(J).Power Electronics 2003 Vol.1 No5;42~47.

  2.謝進.銅-陶瓷鍵合機理及其規律的研究[博士論文].西安交通大學.1995.

  3.吳濟鈞.電力半導體??榧捌浞⒄骨魘芠J]電源技術應用2001年8月第8期.53~59。

  4. 吳濟鈞,吳莉莉.電力半導體??榧捌涔ひ占際?[J]半導體情報,第38卷,第1期.2001年2月.23~27.

  作者簡介:

  李磊(1976-),男,山東淄博人,高級工程師,研究方向為陶瓷覆銅板技術。

 

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