铝碳化硅基板为何在IGBT底板应用备受欢迎

IGBT模块中的底板发挥着形成导热通道、保证导热性能、增强模块机械性能的作用。底板材料一般用铜或者铝基碳化硅（AlSiC），铝碳化硅基板哪些优势适应了IGBT底板的要求呢？

一，什么是铝碳化硅基板（AlSiC），有什么性能特点

      铝碳化硅（AlSiC）是铝基碳化硅颗粒增强复合材料的简称，又称碳化硅铝或铝硅碳。铝碳化硅早期应用于美军机雷达芯片衬底，用于替代钨铜；替代后散热效果优异，并且使雷达整体减重10公斤，这使AlSiC材料得到了重视。

二，铝碳化硅基板有以下核心优势

    1) AlSiC具有高导热率（170～200W/mK），是一般封装材料的十倍，可将芯片产生的热量及时散发，提高整个元器件的可靠性和稳定性。

2）AlSiC是复合材料，其热膨胀系数等性能可通过改变其组成而加以调整，可调的热膨胀系数（6.5～9.5×10-6/K），AlSiC的热膨胀系数与半导体芯片和陶瓷基片实现良好的匹配，能够防止疲劳失效的产生，甚至可以将功率芯片直接安装到AlSiC底板上。

3) AlSiC很轻，只有铜材的1/3，和铝差不多，但抗弯强度却和钢材一样好。这使其在抗震性能方面表现优秀，超过铜底板。

4) AlSiC的比刚度是所有电子材料中最高的，是铝的3倍，是W-Cu和Kovar的5倍，是铜的25倍，另外AlSiC的抗震性比陶瓷好，因此是恶劣环境（震动较大，如航天、汽车等领域）下的首选材料。

5) AlSiC可以大批量加工，但加工的工艺取决于碳化硅的含量，可以用电火花、金刚石、激光等加工。

6) AlSiC可以镀镍、金、锡等，表面也可以进行阳极氧化处理。

7) 金属化的陶瓷基片可以钎焊到镀好的AlSiC底板上，用粘结剂、树脂可以将印制电路板芯与AlSiC粘合。

8) AlSiC本身具有较好的气密性。但是，与金属或陶瓷电子封装后的气密性取决于合适的镀层和焊接。

9) AlSiC的物理性能及力学性能都是各向同性的。

三，铝碳化硅基板的高热率和更加匹配的热膨胀系数是应用到IGBT底板的最核心的优势。

IGBT底板与散热器直接相连，最主要的作用是散热。对于底板材质，需要考虑热导率以及线膨胀系数（与芯片、陶瓷基板之间热膨胀系数的匹配）。

AlSiC充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻，以及高硬度和高抗弯强度，因此，在高功率电子封装方面，AlSiC材料以其独特的优势成为不可替代的材料。铝碳化硅基板是所以陶瓷基材里面散热效果最好的，而且热膨胀系数低，仅次于氮化硅基板。如图所示：

如图可以看出铜具有良好的导热能力，目前常用铜底板来实现快速散热，但铜的热膨胀系数接近IGBT芯片的三倍，如果长期在震动环境下使用，如轨道机车、电动汽车、飞机等，其可靠性会大幅下降。而 AlSiC 热导率虽不如铜，但热膨胀系数更接近芯片及陶瓷基板，能够有效改善模块的热循环能力。更多铝碳化硅覆铜基板相关问题可以咨询金瑞欣特种电路。

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