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净成形的(AlSiC)铝碳化硅齿板有哪些优势?

最近电话来问齿板的比较多。齿板是IGBT基板里常用的一种板,用于水冷散热。混合动力汽车上这种板用得多,水冷系统是现成的。另外,直接把散热装置做在基板上,散热效率会高很多。那么,我们用铝碳化硅水冷齿板来分析一下净成形技术生产的铝碳化硅基板和非净成形技术生产的铝碳化硅基板有哪些细节上的不同。AlSiC基板断面

简单说,净成形技术(net-shape technology)生产的铝碳化硅基板,它通体都是由铝碳化硅制造的,包括孔、齿等细节部分,均为铝碳化硅制造。而非净成形技术生产的齿板,如同三合板,只有中间薄薄一层是铝碳化硅材料,上、下两层包括齿等,都是铝合金材料的。这种基板中,至少一半的体积,是铝合金材料的。

(左图为净成形生产的E2基板断面,没有铝合金层。)

比如说,5mm的板厚,那么,非净成形技术生产的板子,只有中间3mm多的厚度是铝碳化硅材料的,其余上、下层和齿都是铝合金。这样的基板,只有部分客户出于成本考虑会使用。

如果说,非净成形技术生产的铝碳化硅齿板,齿子部分的陶瓷预制型因为太难做,不得已,把齿子做成铝合金的,那板体为什么要做成三明治样子呢?板体整体做成铝碳化硅的不行吗?那还真不行。

如果板体全部做成铝碳化硅的,而只把齿子部分做成铝合金的,那齿是很容易断的,手指甲都能把齿扣下来。因为铝合金和铝碳化硅之间的界面是非常脆弱的。所以板体下部需要留一部分铝出来。那下面留出一层铝出来好了,上面为啥也要留出铝来呢?AlSiC Pin Fin Baseplates

下面留出的铝层(包括铝合金齿子),因为热膨胀系数与铝碳化硅材料差异太大(铝合金的热膨胀系数是铝碳化硅的3倍),在制造和使用过程中,会把整个板面拉弯。所以上面需要至少留出0.3mm~0.6mm厚的铝层,才能把整个板材再拉回来,使板面不变形。而芯片衬底就是焊接到这层厚厚的铝上的。

这种三明治加齿的结构,从长期使用角度看是存在安全隐患的。当然,因为铝合金抗拉强度并不很高,存留于基板内的应力并不会造成板体开裂等机械力故障,但必竟这个应力是无法去除的,每次热循环都会有至少几百兆帕的应力在板体内产生作用。因此我们建议使用单位尽量选择使用净成形技术生产的铝碳化硅基板,成本方面的增加很少。Semifinished AlSiC Pin Fin Baseplate

西安法迪复合材料有限公司采用净成形技术生产的齿板,通体全部为铝碳化硅材料形成,不但板体内没有应力,而且整体成形的铝碳化硅基板热导率更高,整体热膨胀系数的控制也更好。

(这次配图没有用PS扣图,网上有同行朋友怀疑我们的产品图是电脑做的,所以不扣了,大家就看原汁原味的吧。)

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铝碳化硅产品示例
铝碳化硅IGBT基板
铝碳化硅RF衬底
铝碳化硅射频发射器载体