bitte den Thread gerne verschieben, ich bin mir nicht sicher, ob der in dem Unterforum gut aufgehoben ist.....
Ich beschäftige mich gerade mit PowerModulen und habe dazu einige Fragen.
Bitte einmal einen Blick in das angehängte Bild werfen.
Das "Substrate" ist ein Cu-Ceramic-Cu Stack.
Hat das "Substrate" für Leistungsmodule die gleiche Funktion wie der Leadframe in diskreten Elementen (Verbindung des „Chips“ mit der „Außenwelt“)?
Warum befindet sich auch Cu auf der Unterseite des Substrates? Es ist keine elektrische Leitfähigkeit notwendig (und auch nicht gewollt). Hängt es nur mit dem CTE der Materialien zusammen?
Was ist der Hauptzweck der Baseplate? Ich schätze, es geht darum, eine „solide Grundlage“ für alles darüber zu schaffen, aber ist es nicht möglich, das Substrat „stark“ genug zu machen, um die Grundplatte zu entfernen und das Substrat über das TIM direkt mit dem Kühlkörper zu verbinden?
Warum befindet sich auch Cu auf der Unterseite des Substrates? Es ist
keine elektrische Leitfähigkeit notwendig (und auch nicht gewollt).
Das Cu verteilt die Wärme gleichmäßig über die ganze Fläche, so dass Hot-Spots vermieden werden und damit die Fläche maximal gleichmäßig für die Wärmeübertragung genutzt wird.
Warum befindet sich auch Cu auf der Unterseite des Substrates? Es ist
keine elektrische Leitfähigkeit notwendig (und auch nicht gewollt).
Das Cu verteilt die Wärme gleichmäßig über die ganze Fläche, so dass
Hot-Spots vermieden werden und damit die Fläche maximal gleichmäßig für
die Wärmeübertragung genutzt wird.
Ah verstehe, das macht Sinn.
Wie muss ich mir das vorstellen?
Die Wärme vom Chip wird auf die obere Cu Schicht übertragen. Durch den hohen K (Wärmeleitfähigkeits) Wert fällt es der Wärme leicht sich im Cu zu verteilen. Das Cu überträgt die Wärme dann an die Keramik und diese leitet die Wärme dann über die unter Cu Schicht weiter an die Baseplate. Mein Verständnis so korrekt?
Sind dann folgende Schlussfolgerungen richtig?
Der K Wert von Keramik (natürlich abhängig davon welche Keramik genau)ist deutlich schlechter als der von Kupfer, deswegen muss die Keramik mehr Volumen haben um die ankommende "Wärmemenge" aufnehmen und weiterleiten zu können
Die Keramik ist für die elektrische Isolation notwendig.
Der CTE hat thematisch damit erstmal nichts zu tun bzgl. der Wärmeleitfähigkeit. Der CTE wird dann relevant, wenn es um den internen Stress durch Ausdehnung geht, richtig?
Warum befindet sich auch Cu auf der Unterseite des Substrates?
Stichwort "unterschiedliche Wärmeausdehnung" und "Bimetall": die untere CU-Schicht ist aus Symmetreigründen dafür da, dass sich die "Durchbiegung oben" und die "Durchbiegung unten" idealerweise aufheben.
Der K Wert von Keramik (natürlich abhängig davon welche Keramik
genau) ist deutlich schlechter als der von Kupfer, deswegen muss die
Keramik mehr Volumen haben um die ankommende "Wärmemenge" aufnehmen und
weiterleiten zu können
Wenn etwas irgendwas anderes schlecht leitet, dann muss es möglichst dünn sein, damit es keinen übermäßigen Widerstand ausübt. Oder andersrum: weil Keramik schlecht leitet, dann sollte aus thermischer Sicht seine Schichtdicke idealerweise gegen 0 gehen. Weil sie aber zugleich der isolierende und stabilisierende Träger der Schaltung ist, braucht sie eine Mindestdicke.
Warum befindet sich auch Cu auf der Unterseite des Substrates?
Stichwort "unterschiedliche Wärmeausdehnung" und "Bimetall": die untere
CU-Schicht ist aus Symmetreigründen dafür da, dass sich die
"Durchbiegung oben" und die "Durchbiegung unten" idealerweise aufheben.
Der K Wert von Keramik (natürlich abhängig davon welche Keramik
genau) ist deutlich schlechter als der von Kupfer, deswegen muss die
Keramik mehr Volumen haben um die ankommende "Wärmemenge" aufnehmen und
weiterleiten zu können
Wenn etwas irgendwas anderes schlecht leitet, dann muss es möglichst
dünn sein, damit es keinen übermäßigen Widerstand ausübt. Oder
andersrum: weil Keramik schlecht leitet, dann sollte aus thermischer
Sicht seine Schichtdicke idealerweise gegen 0 gehen. Weil sie aber
zugleich der isolierende und stabilisierende Träger der Schaltung ist,
braucht sie eine Mindestdicke.
OEMs fordern, dass das Substrat mit Silber metalisiert wird bevor es
dann auf die Baseplate gebondet wird.
Kann sich jemand erklären warum das so ist?
Frag dazu am Besten den OEM.
Ich könnte mir vorstellen, das eine chem. aufgebrachte, stromlose Versilberung gut haftet, so das sich das nicht irgendwann im Ganzen ablöst.
Wenn das Konstrukt bspw. für Automotive verwendet werden soll, dann muß es halt auch Vibrationen abkönnen. Du kannst dann ja nicht mehr die Keramik mit 2K irgendwo anpappen, sondern nur noch die Metallisierung, die das dann auch halten muß.
Der K Wert von Keramik (natürlich abhängig davon welche Keramik
genau) ist deutlich schlechter als der von Kupfer, deswegen muss die
Naja, AlN ist nun auch nicht so sehr viel schlechter als Kupfer. Nur 1/3 schlechter, und kommt damit etwa dem Al selbst gleich.
Aber wer es auf die Spitze treiben will, der nehme Diamant ;-) Wenn ich mich noch recht erinnere, sogar besser als Cu.
Power_Modul.png
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