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陶瓷基板如何应对电动汽车器件热量

 时间:2022-03-25     浏览:1297     分享

电动汽车和混合动力汽车的共同设计目标是最小化电子元件的尺寸,这就是导致了在更高功率水平下使用更小功率模块的趋势,这总是会导致热问题。即使是最高效率的功率半导体也会产生热能,这是电流通过有源器件(比如IGBTMOSFET)时的副产品。为了确保可靠性和较长的使用寿命,必须去除热量,这可以通过使用具有高导热性的陶瓷电路基板材料(例如陶瓷基板)来有效地实现。

 

在必须为给定设备管理的热量将是设备产生的功率的函数,更高的功率水平会产生更多热量。DBCAMB陶瓷基板具有不同的热导性,例如热阻(Rth)和热导率,这可以作为指导哪种材料更适合不同功率水平的指南。例如,在+20℃时,氧化铝(AI2O3)的热导率为24W/mk,而氮化硅(Si3N4)的热导率为90W/mk

 

但对于氮化铝,其导热率为170W/mk,这使其成为必须不惜一切代价散热的极高功率、高功率密度电路的明确选择。当需要低热阻来散发大量热量时,这也可以通过减小陶瓷基板的厚度来实现。

 

在为EVHEV寻找电源电路陶瓷基板材料时,要考虑的另一个与材料相关的参数是热膨胀系数(CTE),它描述了不同材料如何随温度膨胀和收缩。由于材料的特定热导率,与两种不同CTE物理连接的两种材料会在温度发生较大变化时承受应力。最佳情况下,应尽量减少CTE中的任何失配,例如硅IGBTMOSFET及其电路基板的失配,以减少两种不同材料界面处由热引起的机械应力。

 

幸运的是,陶瓷基板的低CTE(氧化铝为6.8ppm/K,氮化硅为2.5ppm/K,氮化铝为4.7ppm/K)与硅晶体管芯片的低CTE(约2.6ppm/K)兼容。通过形成由陶瓷和铜组合而成的器件引线框架,其CTE低于由裸铜制成的引线框架。使用低CTE陶瓷有阻于补偿用于芯片连接的硅芯片和芯片焊料(CTE约为22ppm/K)之间的CTE不匹配。