Ein Direct Copper Bonded (DCB)-Substrat ist ein spezieller Keramik-Metall-Verbundwerkstoff, der als Basis für Hochleistungs-Halbleitermodule wie IGBTs und MOSFETs dient.
Ein Direct Copper Bonded (DCB)-Substrat ist ein spezieller Keramik-Metall-Verbundwerkstoff, der als Fundament für Hochleistungs-Halbleitermodule wie IGBTs und MOSFETs dient. Es besteht aus einem keramischen Isolator (typischerweise Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid) mit Kupferschichten, die durch einen Hochtemperatur-Oxidationsprozess direkt auf beiden Seiten aufgebracht werden, wodurch eine metallurgische Verbindung ohne Zwischenschichten entsteht. Diese Struktur bietet eine hervorragende elektrische Isolierung, eine überlegene Wärmeleitfähigkeit für die Wärmeableitung und eine zuverlässige mechanische Unterstützung für Halbleiterchips und Verbindungen in leistungselektronischen Anwendungen. DCB-Substrate erfüllen drei kritische Funktionen in Leistungsmodulen: 1) Elektrische Isolierung zwischen den Halbleiterchips und der Basisplatte/dem Kühlkörper durch die hohe Durchschlagsfestigkeit der Keramikschicht, 2) Effiziente Wärmeübertragung von den Halbleiterchips zum Kühlsystem über die Wärmeleitfähigkeit der Keramik und die Wärmeverteilungsfähigkeit des Kupfers, und 3) Mechanische Unterstützung der gesamten Baugruppe. Die direkte Kupferbondung erzeugt eine starke, porenfreie Grenzfläche, die den Wärmewiderstand minimiert und gleichzeitig die elektrische Isolierung auch unter hoher Spannung und thermischen Wechselbelastungen aufrechterhält.
Gebräuchliche Handelsnamen, technische Kennungen und Suchbegriffe für DCB-Substrat.
Diese Komponente wird in den folgenden Industrieprodukten eingesetzt.
Ursache → Fehlermodus → Engineering-Massnahme
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DCB-Substrate bieten eine deutlich bessere Wärmeleitfähigkeit (10-20x höher) und eine höhere Durchschlagsfestigkeit, sodass sie viel höhere Leistungsdichten und Spannungen verarbeiten können, während sie unter extremen thermischen Wechselbedingungen eine zuverlässige elektrische Isolierung aufrechterhalten.
Wählen Sie Aluminiumnitrid (AlN), wenn eine Wärmeleitfähigkeit über 150 W/mK für Anwendungen mit hoher Leistungsdichte erforderlich ist oder wenn die Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten an Silizium kritisch ist. Wählen Sie Aluminiumoxid (Al2O3) für kostensensitive Anwendungen mit moderaten thermischen Anforderungen (24-30 W/mK).
Zu den primären Ausfallmodi gehören: 1) Delamination an der Kupfer-Keramik-Grenzfläche aufgrund von thermischen Wechselbelastungen, 2) Rissbildung in der Keramikschicht durch mechanische Spannung oder thermischen Schock, 3) Kupferoxidation, die zu erhöhtem Wärmewiderstand führt, und 4) Durchschlag bei Überspannung.
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