IGBT絕緣特性

電子元器件（半導體模塊）中，隔離帶電部分和底板的材料，被稱作絕緣材料。在大功率半導體元器件中，往往使用陶瓷作為是一種高性能絕緣體的底板。這層很薄的絕緣物質，原則上是聚酰亞胺或環氧樹脂，它有比陶瓷絕緣子高得多的熱阻。例如IMS的基板（絕緣金屬基板，圖2.5.11）。IMS 常常被用在低成本/低功耗應用領域中，絕緣材料直接覆蓋在絕緣底座上。銅層的表面被貼上薄膜，然后按照設計好的結構圖案進行蝕刻。它的優點是成本低廉，可完成精細的布線（用于控制驅動和安全裝置的集成）和機械結構的堅固性。非常薄的絕緣層也會帶來較高的感應電容。當銅層很薄時，它的散熱效果也很小。有時要用額外的金屬導熱層或者鋁質部件代替絕緣層，墊在芯片的下面來改善散熱效果。 DCB 基板（直接銅熔接基板）在陶瓷絕緣體占主要位置。它中間是由三氧化二鋁材料，兩側鍍銅層構成的。在高于1063 度的溫度中，使陶瓷表面形成一層薄的氧化銅。與DCB 基板同樣重要的還有AMB 基板 (Active Metal Brazing, Aktivl?ten，主動金屬釬焊基板), 它是用含有含鈦釬焊材料，把銅或鋁箔焊接在氧化鋁或氮化鋁（AlN）陶瓷上。在上面的銅層按照要求蝕刻成連接模塊的印刷電路板。底面的DCB 陶瓷不是同模塊底板焊在一起，就是用設計好的外殼把它緊壓在散熱板上。

陶瓷基板的優勢是，它們的熱膨脹系數非常接近硅。與此相反，在IMS 基板（絕緣金屬基板）上的金屬（銅，鋁）材料的膨脹系數差別很大，在溫度變化時，基板和焊接硅芯片之間就會產生應力。連接IGBT 模塊后就會加劇這種應力，它就會對隔離材料的絕緣性和耐壓性提出更高的要求。絕緣性和耐壓性是同很多因素有關系，比如基板厚度，材質和材料的均勻性，同封裝外殼及填充物，甚至同芯片的放置都有關系。現在在模塊中使用的材料的絕緣電壓一般在2.5 kVeff 到 9 kVeff 之間。圖2.5.12 顯示了目前使用的不同材料在標準基板厚度d 所能達到的最大絕緣電壓。