현대 전력 전자 시스템에서 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 모듈은 에너지 변환 및 제어의 핵심 구성 요소이며 장기적인 안정성과 신뢰성이 매우 중요합니다. IGBT 모듈 패키지 구조의 핵심 구성 요소인 세라믹 클래드 기판은 회로 구성 요소를 운반할 뿐만 아니라 모듈의 방열 효율과 서비스 수명에 직접적인 영향을 미치는 열 전도라는 무거운 작업을 수행합니다. 이 논문은 특히 열전도율과 열팽창 계수 매칭의 관점에서 세라믹 동박판의 성능에 대한 다양한 세라믹 기판 재료의 영향을 조사하고 알루미나, 질화규소 및 질화알루미늄 세라믹 기판 재료의 장단점을 분석하는 것을 목표로 합니다. , 고출력 모듈 패키징 재료 선택에 대한 이론적 근거를 제공하기 위해.
알루미나 기재의 적용한계: 알루미나 세라믹 기판은 비용 효율성과 입증된 공정으로 인해 널리 사용되지만 상대적으로 낮은 열전도율과 실리콘 소재의 열팽창 계수와의 불일치로 인해 고출력 밀도 모듈에 적용 가능성이 제한됩니다.
질화규소 기판의 전망과 과제: 질화규소 세라믹은 특히 고온 환경에서 전반적인 성능이 뛰어난 것으로 알려져 있습니다. 그러나 질화규소 세라믹의 실제 열전도도는 이론치보다 훨씬 낮으며, 고열전도도 질화규소 세라믹에 대한 연구개발은 아직 실험실 단계에 머물러 있어 폭넓은 적용을 제한하는 핵심 요인이 되고 있다.
질화알루미늄 기판의 장점: 질화알루미늄 동박판은 반도체 소재(예: Si)와 유사한 우수한 열전도율과 열팽창계수를 갖고 있어 IGBT 모듈의 열 관리 문제를 효과적으로 해결하고, 내부 응력을 줄여 모듈의 신뢰성과 수명을 대폭 향상시키며, 전력전자소자 패키징을 위한 이상적인 기판 소재로 간주됩니다.
세 가지 세라믹 기판 재료의 주요 특성을 자세히 비교합니다(표 1 참조). 알루미나 기판의 인기는 높지만 열 전도성이 부족하고 열팽창 계수가 일치하지 않는 문제는 특히 고전력 모듈에서 점점 더 두드러지고 있으며 이는 열 응력을 증가시키고 모듈의 안정성과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 질화규소 기판의 전반적인 성능은 우수하지만 실제 열전도도에 따라 제한이 있지만, 높은 열전도도에 대한 요구를 충족시키기 어렵고 상용화 과정에는 아직 시간이 필요합니다. 대조적으로, 높은 열 전도성과 우수한 열팽창 계수 매칭을 갖춘 질화알루미늄 구리 클래드 플레이트는 IGBT 모듈 열 관리 문제를 해결하는 열쇠가 되며, 열 전도를 가속화할 뿐만 아니라 온도 차이로 인한 내부 응력을 줄입니다. 열팽창을 증가시켜 모듈의 신뢰성과 내구성을 향상시킨다.
요약하면, 세라믹 기판 재료의 선택은 IGBT 모듈의 장기 성능에 매우 중요합니다. 알루미나, 질화규소, 질화알루미늄의 3가지 소재 중 질화알루미늄 동박판은 우수한 열적 특성과 반도체 소재와의 매칭이 좋아 고출력 모듈 패키지에 큰 장점을 보인다. 앞으로 재료 과학의 지속적인 발전과 준비 기술의 최적화를 통해 질화알루미늄 세라믹 기판은 전력 전자 산업에서 더 높은 출력 밀도와 더 높은 신뢰성의 개발을 촉진하는 핵심 재료가 될 것으로 예상됩니다. 따라서 특정 응용 시나리오의 경우 세라믹 기판 재료의 합리적인 선택은 IGBT 모듈의 전체 성능을 향상하고 서비스 수명을 연장하는 데 큰 의미가 있습니다.
