Which Ceramic Substrate Material is Optimal for High-Power IGBT Module Packaging?

Nov 11 , 2024

In modern power electronics systems, the IGBT (insulated gate bipolar transistor) module is the core component of energy conversion and control, and its long-term stability and reliability are very important. As the key component of IGBT module package structure, ceramic clad substrate not only carries the circuit components, but also bears the heavy task of heat conduction, which directly affects the heat dissipation efficiency and service life of the module. This paper aims to explore the influence of different ceramic substrate materials on the performance of ceramic copper clad plate, especially from the perspective of thermal conductivity and thermal expansion coefficient matching, analyze the advantages and disadvantages of alumina, silicon nitride and aluminum nitride ceramic substrate materials, in order to provide a theoretical basis for the selection of high power module packaging materials.

 

Application limitations of alumina substrates: Although alumina ceramic substrates are widely used due to their cost effectiveness and proven processes, their relatively low thermal conductivity and mismatch with the thermal expansion coefficient of silicon materials limit their application potential in high power density modules.

 alumina substrates

 

Prospects and challenges of silicon nitride substrates: Silicon nitride ceramics are known for their excellent overall performance, especially in high temperature environments. However, the actual thermal conductivity of silicon nitride ceramics is much lower than the theoretical value, and the research and development of high thermal conductivity silicon nitride ceramics is still in the laboratory stage, which becomes a key factor restricting its wide application.

 silicon nitride substrates

 

Advantages of aluminum nitride substrate: With excellent thermal conductivity and thermal expansion coefficient similar to semiconductor materials (such as Si), aluminum nitride copper clad plate effectively solves the thermal management problem of IGBT module, reduces internal stress, significantly improves the reliability and service life of the module, and is regarded as the ideal substrate material for power electronic device packaging.

aluminum nitride substrate

 

The main properties of the three ceramic substrate materials are compared in detail (as shown in Table 1). Although the alumina substrate has a high popularity, the problem of insufficient thermal conductivity and mismatch of thermal expansion coefficient has become increasingly prominent, especially in high-power modules, which may lead to increased thermal stress and affect the stability and life of the module. Although the overall performance of silicon nitride substrate is superior, but limited by the actual thermal conductivity, it is difficult to meet the demand for high thermal conductivity, and its commercialization process still needs time. In contrast, aluminum nitnitide copper clad plate with its high thermal conductivity and good thermal expansion coefficient matching, become the key to solve the IGBT module thermal management problem, not only accelerate the heat conduction, but also reduce the internal stress caused by the difference in thermal expansion, thereby improving the reliability and durability of the module.

 

In summary, the selection of ceramic substrate materials is crucial to the long-term performance of IGBT modules. Among the three materials of alumina, silicon nitride and aluminum nitride, aluminum nitride copper clad plates show great advantages in high-power module packages due to their excellent thermal properties and good matching with semiconductor materials. In the future, with the continuous progress of material science and the optimization of preparation technology, aluminum nitride ceramic substrates are expected to become the key materials to promote the development of higher power density and higher reliability in the power electronics industry. Therefore, for specific application scenarios, reasonable selection of ceramic substrate materials is of great significance for improving the overall performance and extending the service life of IGBT modules.

Categorias

Perguntas frequentes

Embora nosso foco principal seja em materiais cerâmicos avançados, como alumina, zircônia, carboneto de silício, nitreto de silício, nitreto de alumínio e cerâmica de quartzo, estamos sempre explorando novos materiais e tecnologias. Se você tiver uma necessidade específica de material, entre em contato conosco e faremos o possível para atender às suas necessidades ou encontrar parceiros adequados.

Absolutamente. Nossa equipe técnica possui profundo conhecimento de materiais cerâmicos e ampla experiência em design de produtos. Temos o prazer de fornecer conselhos sobre seleção de materiais e suporte no design de produtos para garantir o desempenho ideal de seus produtos.

Não temos um requisito de valor mínimo fixo para pedido. Sempre nos concentramos em atender às necessidades de nossos clientes e nos esforçamos para fornecer serviços e produtos de qualidade, independentemente do tamanho do pedido.

Além dos produtos cerâmicos, também oferecemos uma gama de serviços adicionais, incluindo, mas não se limitando a: serviços de processamento cerâmico customizados de acordo com suas necessidades, utilizando blanks ou blanks semiacabados produzidos por você; se você estiver interessado em serviços terceirizados de embalagem cerâmica e metalização, entre em contato conosco para mais discussões. Estamos sempre comprometidos em fornecer a você uma solução completa para atender às suas diversas necessidades.

Sim, nós fazemos. Não importa onde você esteja no mundo, podemos garantir a entrega segura e oportuna do seu pedido.

Envie sua consulta

Carregar
* File ONLY PDF/JPG./PNG. Available.
Submit Now

Entre em contato conosco

Entre em contato conosco
Basta preencher o formulário abaixo da melhor forma possível. E não se preocupe com os detalhes.
Enviar
Looking for Vídeo?
Contate-nos #
19311583352

Horário comercial

  • Segunda a sexta: 9h00 - 12h00, 14h00 - 17h30

Observe que nosso horário de expediente é baseado no horário de Pequim, que é oito horas antes do horário de Greenwich (GMT). Agradecemos sua compreensão e cooperação no agendamento de suas consultas e reuniões de acordo. Para quaisquer assuntos urgentes ou dúvidas fora do nosso horário normal, não hesite em contactar-nos por e-mail e entraremos em contacto consigo o mais breve possível. Obrigado pelo seu negócio e estamos ansiosos para atendê-lo.

Lar

Produtos

whatsApp

contato