浅谈DBC陶瓷基板降低IGBT模块热阻

IGBT功率元件内部的温度变化不仅取决于自身产生的热量，还受制于其周围工作环境的影响。当元件内部温度升至一定阈值时，发热功率会逐渐提高，进一步影响元件内部温度，形成恶性循环，导致元件的寿命缩短。

IGBT模块主要由芯片、芯片焊料层、上铜层、衬板、下铜层、DBC焊料层和基板构成，其中两个铜层和衬板共同构成了DBC层，各层材料及其属性各不相同。当器件工作时产生功率损耗，各地方温度分布变化，由于IGBT模块各层材料的热膨胀系数不同，器件在交变的温度冲击下产生交变的热应力，导致热阻增加，结温升高且升高速率加快，严重时会造成焊料层开裂，温度进一步升高，直至器件彻底失效。由温度冲击引起的失效形式主要分为焊料层的疲劳失效以及键合线脱落、断裂失效。

在IGBT安装工艺中，涂敷导热硅脂被广泛应用，导热硅脂涂敷在散热器与IGBT基板之间，用于填补IGBT与散热器接触的空隙，进而增加散热器与IGBT的热交换效率，提升IGBT散热效果，改善IGBT的使用可靠性和使用寿命。IGBT的安装工艺又决定了IGBT与散热器之间的接触情况，与导热硅脂的涂敷密切相关。因此，导热硅脂的涂敷效果受很多因素的影响，例如导热硅脂涂敷厚度、丝网网格分布不适合、紧固力矩大小等。尽管导热硅脂可以提高传热能力，但热阻依然很大，如何降低热阻，提高产品稳定性，需要进一步优化散热方案。

为解决导热硅脂的涂敷对IGBT模块散热不足的影响，将DBC直接焊接或烧结在散热器上，使用一些铜铝复合的材料以及铝镀镍等材料。这种方式去除了传统的铜底板和导热硅脂两个封装界面，可大大降低热阻，与传统方案相比，热阻降低30%到40%，同时能够减少重量、降低成本并提高生产的可靠性。

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