高速铁路、轨道交通、混合动力汽车、风能发电的迅速发展，对 IGBT 功率模块的发展提出了迫切的要求，IGBT 功率模块封装也得到了快速发展。在IGBT 模块中，除了半导体芯片材料之外，高性能基板也是影响其性能和可靠性的关键，我们知道如今氮化铝陶瓷基板在封装市场上非常火热，但其实还有一种新型基板材料堪称为新一代电子封装材料的佼佼者，即铝碳化硅（AlSiC）基板。

铝碳化硅基板

铝碳化硅（AlSiC）是一种颗粒增强型金属基复合材料，它充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，采用铝合金作基体，用碳化硅颗粒作增强剂，构成有明显界面的多组相复合材料。

这种复合材料具有高导热性、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等优异性能，作为封装材料满足了封装的轻便化、高密度化等要求，适用于航空、航天、高铁及微波等领域，是解决热学管理问题的首选材料，其可为各种微波和微电子以及功率器件、光电器件的封装与组装提供所需的热管理，具有很大的市场潜力。

看到这里可能有人有所疑问，都叫做基板，那这个铝碳化硅基板难道性能比得上氮化铝基板？但其实此基板非彼基板，二者不是“竞争关系”，而是“搭档关系”。

从IGBT模块的结构图可知，IGBT模块共由7层结构构成，大致可以分成三部分：芯片、DBC和基板，这三部分匹配相叠，最终封装成完整的IGBT模块。在这其中，DBC的部分需要用基板，另外最底层还有个作为底板的基板。

IGBT模块示意图

在传统的IGBT模块里，DBC的部分使用的陶瓷基板主要为Al₂O₃基板，搭配铜基板作为底板基板，而在大功率高压IGBT模块里，DBC内的Al₂O₃基板渐渐被AlN或Si₃N₄基板所取代，大多还是搭配铜基板作为底板基板。而随着IGBT技术的逐步提升，IGBT模块又有所改进，主要变化在于使用铝碳化硅基板取代原先的铜基板。

常用热管理材料性能

尽管铜基板具有良好的导热能力，现如今仍是最重要的IGBT基板材料，但铜的热膨胀系数接近IGBT芯片的三倍，这三倍的差异在低功率模块封装可用陶瓷覆铜板或多层陶瓷覆铜板来过渡解决。但高功率模块如果用铜基板去承载芯片衬底同时在下方接合散热器的话，焊接的铜基板经受不住1000次热循环，焊接外缘就会出现分层脱离。这种情况下，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。

  另外，铜和陶瓷材料之间不匹配的热膨胀系数也会导致 IGBT 模块材料之间热应力的产生，在焊料中产生机械应变，严重的情况将导致焊料开裂，增加芯片和基底间的热阻，从而引起严重的质量问题。例如铜（17×10^-6/℃）和氮化铝DBC（7×10^-6/℃）之间热膨胀系数的不同容易在经过多次热循环后会出现铜基板与氮化铝DBC之间的开裂现象。

经过200～4 000次热循环后铜基板和氮化铝之间的开裂现象

在这种情况下，铝碳化硅材料可以解决上述问题，铝碳化硅可以提供极高的刚性和相匹配的热膨胀系数（与氮化铝材料），同时与铜基板相比，密度也小得多，实在是完美解决如今大功率高电压IGBT模块生产中，铜基板已无法满足更高要求这个问题的替代之选。

而从产业化趋势来看，铝碳化硅可实现低成本的、无须进一步加工的净成形，还能与高散热材料（金刚石、高热传导石墨等）的经济性并存集成，满足大批量倒装芯片封装、微波电路模块、光电封装所需材料的热稳定性及散温度均匀性要求，同时也是大功率晶体管、绝缘栅双极晶体管的优选封装材料，提供良好的热循环及可靠性，其发展前景非常值得期待。

参考来源：

功率 IGBT 模块中的材料技术，张晓云（中国电子科技集团公司第十三研究所）；

电子封装中的铝碳化硅及其应用，龙乐。

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