我們繼續(xù)來聊聊最底層的那塊——功率模塊的底板......

底板作為絕緣沉底的機(jī)械支撐，一是吸收功率器件內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，二來要將熱量傳遞出去，必須具有較高的熱導(dǎo)率才能有效地傳遞熱量。并且需要具有較低的表面粗糙度，能與絕緣襯底緊密接觸，否則由于粗糙度造成的空隙會(huì)形成熱點(diǎn)，降低可靠性。另外底板還需要具有一定的形變能力，可以與散熱器等熱沉緊密接觸。

底板選擇標(biāo)準(zhǔn)

首先為了與絕緣襯底相匹配，需要與絕緣襯底的熱特性、機(jī)械特性、化學(xué)特性等相匹配，除此之外：

01、熱特性

熱導(dǎo)率(W/m·K)——高于150W/m·K

熱膨脹系數(shù)——與絕緣襯底相匹配

02、機(jī)械特性

高抗拉強(qiáng)度——高于200MPa

高抗彎強(qiáng)度

易于塑形

表面粗糙度低——低于2um

03、化學(xué)特性

不與處理溶劑發(fā)生反應(yīng)

低吸水率

低毒性

04、成本

始終是不可不考慮的一點(diǎn)

目前半強(qiáng)化的高導(dǎo)電無氧銅是底板的首選材料，而大多數(shù)高性能襯底采用的則是復(fù)合材料，通過控制復(fù)合材料的合金成分、粉末顆粒大小合成分組成來控制底板的性能。目前最先進(jìn)的復(fù)合材料多數(shù)是聚合物、金屬和碳釬維強(qiáng)化或者顆粒強(qiáng)化，或兩者皆有；纖維強(qiáng)化復(fù)合材料是各向異性的，顆粒強(qiáng)化復(fù)合材料是各向同性的。

幾乎所以絕緣襯底材料都會(huì)選擇鋁層或者銅層作為接觸部分，這兩種材料都需要通過表面鎳或者鎳/金層來提高可焊性，同時(shí)起到免受腐蝕的作用。

可作為底板的材料：

銅、鋁、銅/鉬/銅、碳化硅鋁、銅/鎢基、銅/鉬基、銅/石墨基、銅/金剛石基、鋁/石墨基

其中只有銅/鉬/銅層壓板是大顆粒復(fù)合材料，其余都是微顆粒復(fù)合材料。

考慮到化學(xué)反應(yīng)的影響，所有材料的表面都會(huì)鍍鎳層，能夠保證良好的焊料潤(rùn)濕性、低吸水性和對(duì)處理溶劑的耐腐蝕性。

各種底板的一些劣勢(shì)：

Cu/Mo/Cu:成本高、密度高、難以機(jī)械加工、存在分層的可能性；

Cu/Mo:成本高、密度高、機(jī)械加工困難；

Cu/W:成本高、密度高

AlSiC復(fù)合材料

碳化硅鋁復(fù)合材料是片狀或者近凈成形的材料，是目前出了銅底板之外較常遇到的底板材料。近凈成形工藝可以使得導(dǎo)熱片底面變形，可增大底板與冷卻系液之間的導(dǎo)熱面積，利于散熱，并能夠在批量生產(chǎn)中減少加工需求。

大部分近凈成形復(fù)合材料制造步驟大致如下：

①加工準(zhǔn)備：多孔顆粒碳化硅通過注射成型得到多孔AlC半成品，能夠具有底板需要的幾何特征，包括腔、孔以及表面紋理等等。如果預(yù)處理溫度較為合適，還可以在絕緣襯底上進(jìn)行制造。

②滲透：將多孔半成品插入尺寸和底板成品相同的模具中，在真空和高壓的條件下，熔融狀態(tài)的耐火鋁滲透到多孔半成品中，可以形成多種鋁硅合金以得到所需性能。

③后續(xù)加工：在底板頂端采用火焰噴涂銅層來加強(qiáng)和絕緣地板的焊接能力。

所以AlSiC的劣勢(shì)是機(jī)械加工難度大，過程控制較為嚴(yán)格。

而隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，摻雜石墨纖維的復(fù)合材料在大功率器件的應(yīng)用將有著良好前景，同時(shí)還需要看未來功率模塊的發(fā)展速度，否則石墨纖維復(fù)合材料的發(fā)展再快也不會(huì)在功率模塊中得到應(yīng)用，所以希望是乘風(fēng)破浪，不久的將來我們能夠看到越來越多的具有新材料的功率模塊。
編輯：hfy