我們繼續來聊聊最底層的那塊——功率模塊的底板......

底板作為絕緣沉底的機械支撐，一是吸收功率器件內部產生的熱量，二來要將熱量傳遞出去，必須具有較高的熱導率才能有效地傳遞熱量。并且需要具有較低的表面粗糙度，能與絕緣襯底緊密接觸，否則由于粗糙度造成的空隙會形成熱點，降低可靠性。另外底板還需要具有一定的形變能力，可以與散熱器等熱沉緊密接觸。

底板選擇標準

首先為了與絕緣襯底相匹配，需要與絕緣襯底的熱特性、機械特性、化學特性等相匹配，除此之外：

01、熱特性

熱導率(W/m·K)——高于150W/m·K

熱膨脹系數——與絕緣襯底相匹配

02、機械特性

高抗拉強度——高于200MPa

高抗彎強度

易于塑形

表面粗糙度低——低于2um

03、化學特性

不與處理溶劑發生反應

低吸水率

低毒性

04、成本

始終是不可不考慮的一點

目前半強化的高導電無氧銅是底板的首選材料，而大多數高性能襯底采用的則是復合材料，通過控制復合材料的合金成分、粉末顆粒大小合成分組成來控制底板的性能。目前最先進的復合材料多數是聚合物、金屬和碳釬維強化或者顆粒強化，或兩者皆有；纖維強化復合材料是各向異性的，顆粒強化復合材料是各向同性的。

幾乎所以絕緣襯底材料都會選擇鋁層或者銅層作為接觸部分，這兩種材料都需要通過表面鎳或者鎳/金層來提高可焊性，同時起到免受腐蝕的作用。

可作為底板的材料：

銅、鋁、銅/鉬/銅、碳化硅鋁、銅/鎢基、銅/鉬基、銅/石墨基、銅/金剛石基、鋁/石墨基

其中只有銅/鉬/銅層壓板是大顆粒復合材料，其余都是微顆粒復合材料。

考慮到化學反應的影響，所有材料的表面都會鍍鎳層，能夠保證良好的焊料潤濕性、低吸水性和對處理溶劑的耐腐蝕性。

各種底板的一些劣勢：

Cu/Mo/Cu:成本高、密度高、難以機械加工、存在分層的可能性；

Cu/Mo:成本高、密度高、機械加工困難；

Cu/W:成本高、密度高

AlSiC復合材料

碳化硅鋁復合材料是片狀或者近凈成形的材料，是目前出了銅底板之外較常遇到的底板材料。近凈成形工藝可以使得導熱片底面變形，可增大底板與冷卻系液之間的導熱面積，利于散熱，并能夠在批量生產中減少加工需求。

大部分近凈成形復合材料制造步驟大致如下：

①加工準備：多孔顆粒碳化硅通過注射成型得到多孔AlC半成品，能夠具有底板需要的幾何特征，包括腔、孔以及表面紋理等等。如果預處理溫度較為合適，還可以在絕緣襯底上進行制造。

②滲透：將多孔半成品插入尺寸和底板成品相同的模具中，在真空和高壓的條件下，熔融狀態的耐火鋁滲透到多孔半成品中，可以形成多種鋁硅合金以得到所需性能。

③后續加工：在底板頂端采用火焰噴涂銅層來加強和絕緣地板的焊接能力。

所以AlSiC的劣勢是機械加工難度大，過程控制較為嚴格。

而隨著材料技術的不斷發展，摻雜石墨纖維的復合材料在大功率器件的應用將有著良好前景，同時還需要看未來功率模塊的發展速度，否則石墨纖維復合材料的發展再快也不會在功率模塊中得到應用，所以希望是乘風破浪，不久的將來我們能夠看到越來越多的具有新材料的功率模塊。
編輯：hfy