除了陶瓷基板,IGBT模块还有哪些主要材料？（实物图）|金瑞欣特种电路

IGBT是一种新型的电力电子器件，其基本结构是在晶体管的基极和发射极之间加入绝缘层以及一个控制电极。 IGBT功率模块

IGBT兼具了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的优点，如高输入阻抗、低驱动功耗、快速开关能力等，以及BJT（双极型晶体管）的优点，如高电流承载能力、低导通压降等。因此，IGBT在功率电子领域具有广泛的应用前景。IGBT模块主要由以下几个部分组成：IGBT芯片、键合导线、封装结构（基板、散热、硅凝胶等）、驱动与保护电路；下面介绍IGBT模块主要材料。

（一） IGBT芯片

IGBT芯片是整个模块的核心部分，其内部结构包括P型衬底、N型缓冲层、N型漂移层、P型注入层以及绝缘栅氧化层等。其中，漂移层是为了提高模块的耐压能力而设置的。

IGBT模块中IGBT芯片示意图

(二）导线键合

为了确保电流能从IGBT芯片传输到外部电路，需要在芯片与焊盘之间进行导线键合。这一过程中使用的导线材料通常为铝或金。

键合线

（三）封装结构

IGBT模块的封装结构主要包括基板、陶瓷层、散热片等。基板用于支撑IGBT芯片，陶瓷层用于绝缘，散热片则负责散热。此外，封装结构还包括一些外部引线、焊盘等用于连接外部电路的部件。

IGBT模块示意图

硅凝胶作为一种特殊的电子灌封材料，除具备有机硅类灌封胶独特的耐候和耐老化性能、优异的耐高低温性能、良好的疏水性和电绝缘性能之外，还具有内应力小、抗冲击性好、粘附力强的优点，是IGBT模块灌封的首选材料。

IGBT硅凝胶是一种低应力，十分柔软的有机硅凝胶。灌封到IGBT模组上后，它的低应力，凝胶柔软性，不仅能够达到比较理想的抗冲击、减震效果，同时，凝胶表面的粘性，粘接在IGBT模组上，也能很好的达到防水防潮的保护效果。不仅如此，IGBT硅凝胶优异的电气绝缘性能，如高介电强度和体积电阻率，也能能够保护IGBT模块。

IGBT封装采用的陶瓷覆铜载板主要有DBC（直接键合覆铜）和AMB（活性钎焊覆铜）两种类型。与DBC采用直接热压敷合陶瓷/铜的方式不同，AMB的陶瓷和铜之间有钎料填充和参加界面反应，所以能够获得极低的界面空洞率和非常牢靠的界面结合。另外，由于陶瓷和铜复合机理的不同，DBC一般仅适用于Al2O3等氧化物陶瓷，应用于AlN时陶瓷表面必须进行预氧化，对于Si3N4陶瓷的适用难度较大，而AMB陶瓷覆铜工艺能直接适用于包括Al2O3、AlN、Si3N4在内的各种类型的陶瓷。

功率模块封装所采用的塑料框架(Plastic Fram)必须达到很高的技术要求，如在工作温度区间内（如轨道交通用IGBT模块长期运行温度为-55~125℃）具有较高的的拉伸强度且机械强度稳定，能承受短期超过250℃的高温以适用中低功率模块的焊接工艺。此外所选用的材料必须具有很好的电气绝缘性能，相对电痕指数(Comparative Tracking Index, CTI)要求较高且能承受高度的电磁污染，无卤和氧化锑等害物质且能满足激光打标等要求等。

IGBT模块的塑封材料基本上采用PBT或PPS，但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情况。日本通常使用PPS，而欧美则更喜欢采用PPA。目前市场上常见的壳体材料主要还是集中在PBT和PPS上。在耐温要求不高的情况下，PBT仍然是被广泛采用的材料。然而，对于高耐温要求的器件，例如SiC运行功率较高的情况下，通常需要采用高温材料PPS或9T。