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最新のパワー エレクトロニクス システムでは、IGBT (絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ) モジュールがエネルギー変換と制御の中核コンポーネントであり、その長期安定性と信頼性が非常に重要です。 IGBT モジュールのパッケージ構造の主要コンポーネントであるセラミック クラッド基板は、回路コンポーネントを搭載するだけでなく、モジュールの放熱効率と耐用年数に直接影響する熱伝導という重い役割も担っています。この論文は、特に熱伝導率と熱膨張係数の整合性の観点から、セラミック銅クラッドプレートの性能に対するさまざまなセラミック基板材料の影響を調査し、アルミナ、窒化ケイ素、および窒化アルミニウムセラミック基板材料の長所と短所を分析することを目的としています。高出力モジュールのパッケージング材料の選択に理論的根拠を提供するためのものです

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アルミナ基板の用途制限

: アルミナ セラミック基板は、その費用対効果と実証済みのプロセスにより広く使用されていますが、熱伝導率が比較的低く、シリコン材料の熱膨張係数との不一致により、高出力密度モジュールでの応用可能性が制限されています。

窒化ケイ素基板の展望と課題

: 窒化ケイ素セラミックスは、特に高温環境における優れた総合性能で知られています。しかし、窒化ケイ素セラミックの実際の熱伝導率は理論値よりもはるかに低く、高熱伝導率の窒化ケイ素セラミックの研究開発はまだ実験室段階にあり、これがその広範な応用を制限する重要な要因となっている[15]。

窒化アルミニウム基板の利点: 半導体材料 (Si など) と同様の優れた熱伝導率と熱膨張係数を備えた窒化アルミニウム銅クラッドプレートは、IGBT モジュールの熱管理問題を効果的に解決し、内部応力を軽減し、モジュールの信頼性と耐用年数を大幅に向上させます。は、パワー エレクトロニクス デバイスのパッケージングに理想的な基板材料とみなされています。

3 つのセラミック基板材料の主な特性を詳細に比較します (表 1 を参照)。アルミナ基板は高い人気を誇っていますが、特に高出力モジュールでは、不十分な熱伝導率と熱膨張係数の不一致の問題がますます顕著になり、熱応力の増加につながり、モジュールの安定性と寿命に影響を与える可能性があります。窒化ケイ素基板の全体的な性能は優れていますが、実際の熱伝導率によって制限されるため、高い熱伝導率の要求を満たすことが難しく、その実用化プロセスにはまだ時間がかかります。対照的に、高い熱伝導率と良好な熱膨張係数のマッチングを備えた窒窒化アルミニウム銅クラッドプレートは、IGBT モジュールの熱管理問題を解決する鍵となり、熱伝導を促進するだけでなく、温度差による内部応力を軽減します。熱膨張を抑制し、モジュールの信頼性と耐久性を向上させます。

要約すると、セラミック基板材料の選択は、IGBT モジュールの長期的な性能にとって非常に重要です。アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウムの 3 つの材料の中で、窒化アルミニウム銅クラッド板は、優れた熱特性と半導体材料との良好なマッチングにより、高出力モジュールパッケージに大きな利点を示します。将来的には、材料科学の継続的な進歩と製造技術の最適化により、窒化アルミニウムセラミック基板は、パワーエレクトロニクス産業における高出力密度および高信頼性の開発を促進するための主要な材料となることが期待されています。したがって、特定のアプリケーション シナリオでは、IGBT モジュールの全体的な性能を向上させ、耐用年数を延ばすために、セラミック基板材料の合理的な選択が非常に重要です。