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​规模达60亿美元的IGBT要用哪些陶瓷基板

IGBT(绝缘栅双极型晶体管)俗称电力电子装置的“CPU”,作为国家战略性新兴产业,在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。

图源自英飞凌

1、IGBT市场规模

根据ASMC研究显示,全球IGBT市场规模预计在2022年达到60亿美元。IGBT在新能源汽车中的成本约占整车成本的7%-10%,是除电池以外成本第二高的元件,也是决定整车能源效率的关键器件。随着和能源汽车的大量需求和不断渗透,全球IGBT市场规模在未来几年时间仍将继续保持稳定增长的势头。

2、IGBT模块结构及功能

图源自网络

它其实只是指甲盖那么大的小方块,但别看体积小,能量却很大。它是采用IC驱动等各种驱动保护电路,然后利用新型封装技术,最终实现高性能的IGBT芯片。这其中它还将强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率自然进化,达到较低的压降。

3、IGBT会用到哪些陶瓷基板?

IGBT模块是由不同的材料层构成,如金属,陶瓷以及高分子聚合物以及填充在模块内部用来改善器件相关热性能的硅胶。

陶瓷基片方面主要有氧化铝、氮化铝、氮化硅等;覆铜板主要是DBC、DPC、AMB

传统的IGBT模块中,氧化铝精密陶瓷基板是最常用的精密陶瓷基板。但由于氧化铝精密陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好,并不适合作为高功率模块封装材料。

图源自丸和

氮化铝精密陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率,散热快;在应力方面,热膨胀系数与硅接近,整个模块内部应力较低;又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能,是IGBT模块封装的关键基础材料。提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的首选。

高功率IGBT模块领域,氮化硅陶瓷覆铜板因其可以焊接更厚的无氧铜以及更高的可靠性在未来电动汽车用高可靠功率模块中应用广泛。

图源自富士电机

目前IGBT封装主要采用DBC陶瓷基板,原因在于DBC具有金属层厚度大(一般为100~600um),具有载流大、耐高温性能好及可靠性高的特点,结合强度高(热冲击性好)等特点。DPC陶瓷基板由于在厚度的缺陷,在IGBT上的应用面不太广。

近年来,国外采用活性金属化焊接(AMB)技术实现了氮化铝和氮化硅陶瓷与铜片的覆接。该技术制备的陶瓷覆铜板可靠性大幅提高,因此,AMB基板已成为新能源汽车、轨道交通、航空航天、风力发电等中高端IGBT主要散热电路板。

4、IGBT增长将拉动陶瓷基板需求

IGBT是现代电力电子器件中的主导型器件,是国际上公认的电力电子技术第三次革命最具代表性的产品。IGBT是能源变换与传输的核心器件,能够根据信号指令来调节电路中的电压、电流、频率、相位等,广泛应用轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域,可想而知它有多么重要。

图源自网络

工控领域、电源行业、家电行业、新能源汽车及光伏类IGBT快速增长大大背景下,陶瓷基板特别是高性能散热基板的需求将与日俱增。特别是新能源汽车方面,据IDC预计,中国新能源汽车市场将在未来5年迎来强劲增长,2020年至2025年的年均复合增长率(CAGR)将达到36.1%,假设单台车IGBT用量3000元左右来预估,至2025年,国内新能源车IGBT模块市场规模为191亿左右。

为了进一步加强交流,艾邦建有陶瓷基板交流群,诚邀DBC、DPC、AMB、LAM、LTCC、HTCC陶瓷基板,氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅等陶瓷基片生产企业、设备、材料、辅助耗材,以及下游应用LED、VCSEL、IGBT、汽车、半导体、射频封装等需求企业参与。目前群友包括:三环集团、佳利电子、中电13所、45所、55所、中瓷电子、福建华清、富乐德、艾森达、莱鼎、郑州中瓷、浙江新纳、博敏电子、珠海粤科京华、富力天晟斯利通、金瑞欣、沃晟微等加入。

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2021第四届电子陶瓷展览会(8月23日-25日·深圳宝安)

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