無(wú)論是起支撐作用的電路板(金屬絕緣基板)、起電氣連接作用的互聯(lián)材料(燒結(jié)銀焊接)、起絕緣和環(huán)境保護(hù)作用的包封材料(環(huán)氧灌封料),還是起散熱作用的界面熱導(dǎo)材料,都對(duì)電力電子器件的電氣性能、抗電磁干擾特性、熱特性、器件的效率及可靠性等影響顯著,是電力電子器件領(lǐng)域除芯片本身之外的另一核心部分。
電路板基板按照材質(zhì)的不同可以分為3類:聚合物絕緣基板、金屬基板和陶瓷基板。
聚合物絕緣基板:采用高耐熱、熱阻性好的聚酰亞胺樹(shù)脂為基材的柔性基板制備的柔性電路板,可應(yīng)用于需要三維高封裝密度的中低功率電力電子模塊裝置。
金屬基板:具有更高的熱導(dǎo)率,多用于對(duì)散熱性能要求較高的領(lǐng)域;與厚膜陶瓷基板相比,金屬基板的力學(xué)性能更為優(yōu)良,因此,金屬基板具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。典型的金屬基板包括3層,第一層為導(dǎo)電層,即線路層,一般為銅箔;第二層為導(dǎo)熱絕緣層,主要起絕緣、粘接和散熱的作用;第三層為金屬基層,即底層散熱層,所用材料為鋁、銅等金屬板,以及像銅-石墨、鋁-碳化硅這樣的復(fù)合導(dǎo)電基板等。導(dǎo)熱絕緣層主要由提供粘接性能的有機(jī)樹(shù)脂和高導(dǎo)熱無(wú)機(jī)填料組成。有機(jī)高分子材料結(jié)構(gòu)中通常含有較多的缺陷,分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)不協(xié)調(diào),導(dǎo)致聲子散亂程度高,因此具有較低的熱導(dǎo)率。目前有機(jī)樹(shù)脂使用最多的是環(huán)氧樹(shù)脂,也常用聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸酯、聚氨酯等改性的環(huán)氧樹(shù)脂。還有一些其他種類的樹(shù)脂如酚醛樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以及聚苯醚等。導(dǎo)熱絕緣層的導(dǎo)熱性主要取決于其中的填料,可供選擇的填料有Al2O3、MgO、ZnO、BeO、h-BN、Si3N4以及AlN等。其中,Al2O3雖然熱導(dǎo)率不高,但是其球形度好,容易在有機(jī)樹(shù)脂中分散,適宜高填充量,并且價(jià)格便宜,因此應(yīng)用較多。高導(dǎo)熱金屬基板材料的生產(chǎn)廠家主要以美國(guó)貝格斯、日本理化工業(yè)所、CMK、松下、利昌工業(yè)株式會(huì)社等為代表。
陶瓷基板:主要在寬禁帶半導(dǎo)體器件中起連接芯片與外電路的作用,同時(shí)兼具支撐、散熱、保護(hù)和絕緣的功能。目前所知的能夠用于絕緣基板的、導(dǎo)熱性能優(yōu)越的材料當(dāng)屬金剛石,其熱導(dǎo)率高達(dá)3000 W/(m?K),其他的具有強(qiáng)共價(jià)鍵鍵合結(jié)構(gòu)的Al2O3、AlN等單晶共價(jià)鍵材料熱導(dǎo)率也僅大于30 W/(m?K)。陶瓷基板由陶瓷絕緣層和鍍覆金屬層組成,目前常用的陶瓷絕緣層材料主要有Al2O3、AlN和Si3N4。陶瓷基板按結(jié)構(gòu)與制作工藝可以分為:厚膜陶瓷基板(Thick Film Ceramic,TFC)、直接鍵合銅陶瓷基板(Direct Bonded Copper,DBC)、直接電鍍覆銅陶瓷基板(Direct Plated Copper,DPC)以及活性金屬釬焊陶瓷基板(Active Metal Bond,AMB)等。
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