富士电机和日本山梨大学的研究团队开发了一种小型轻量的直接水冷式汽车IGBT模块,并在国际功率半导体大会“ ISPSD 2013”上进行了介绍。
(由日本电气学会主办,2013年5月26日至30日在日本石川县金泽市举行)宣布了该模块中使用的技术。
该模块的耐压为1200V,电流为500A,面积为320mm×170mm。
据报道,在国外,该模块已用于将于2012年底推出的混合动力汽车(HEV),而在日本,它将配备计划于2013年6月推出的混合动力汽车。
冷却的IGBT模块用于将IGBT芯片封装在陶瓷基板上。
金属板称为“基础板”。
将散热器放置在基板下方,然后将散热器放置在金属板下方。
直接水冷式IGBT模块省去了基板,并在散热器上配置了带有IGBT芯片的陶瓷基板,并用水冷却了散热器。
其他公司还开发了用于车载的直接水冷式IGBT模块,但是这种开发的特点是陶瓷基板使用Al2O3,散热器使用铝。
大多数竞争产品都将Si3N4用于陶瓷基板,将铜用于散热器,或将Al2O3用于陶瓷基板,将铜用于散热器。
这次使用Al2O3的主要目的是降低热阻并使IGBT模块更小。
尽管Al2O3的热导率低于Si3N4,但它具有很强的应力承受能力,并且很容易变薄,因此可以降低热阻。
另外,当陶瓷基板使用Al 2 O 3时,可以使封装在基板上的铜配线变厚,从而可以进一步降低热阻。
通过这些方法,与原始水冷模块相比,这种直接水冷模块将热阻降低了约30%。
在散热器中使用铝主要是为了减轻重量。
但是,Al2O3和铝的热膨胀系数相差很大,热循环过程中承受的应力会增加。
因此,这次用于焊接Al2O3和铝的焊料材料得到了改进。
该模块使用锡锑(Sn-Sb)焊料,研究小组使用了四种类型(组成比不同的锡锑焊料)(类型1至4)来研究加热周期中焊料裂纹的状态。
最后,即使在-40°C至+ 105°C的温度范围内进行了2000次热循环测试后,在制造过程中易于使用的非裂纹“ Type3”的实际使用也未显示任何裂纹。
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