直接鍵合銅（DBC）和活性金屬釬焊（AMB）陶瓷基板可直接用于多芯片模塊，實現以下電源轉換：

每種應用均對多芯片電源模塊有特定要求，因此模塊內部的基板種類繁多。除了其他指標外，電壓、電流和任務剖面是針對給定應用選擇基板時要考慮的關鍵參數。在本博客中，我們著眼于多芯片電源模塊的常見應用，以了解每種技術背后的原理。

電機驅動是工業應用和自動化系統必不可少的一部分。這類設備要求精確的運動控制、對命令的快速響應以及對定位要求的精確遵守（例如機器人、機床、叉車、電梯）。改變電動機電源的頻率和電壓即可通過驅動控制速度和轉矩。

30多年來，我們開發出了可滿足電機驅動需求的含氧化鋁（Al2O3）DBC基板的IGBT功率模塊。Al2O3 DBC基板的主要功能是承載多個芯片，通過芯片互連來形成電路并提供電隔離。經過厚重的銅金屬化處理，該基板具有較高的載流容量，是功率轉換的最佳選擇。同時，低熱阻可消除半導體損耗。最后，Al2O3 DBC基板等可靠材料由于熱膨脹系數（CTE）與半導體器件相匹配，因此還能提高模塊的使用壽命。

對于大功率模塊，通常的做法是將多個DBC基板附著在一張底板上。底板通常由銅制成，可為預期會產生浪涌電流的應用提供額外的熱容量。但是，由于底板和基板的CTE不同而產生的應力可能會導致焊層疲勞和分層等問題。特別是在模塊經受熱循環的情況下，根據循環的持續時間和重復次數，模塊的使用壽命會受到嚴重影響。因此，如果撇開熱容量問題，則不帶底板的模塊可能是更好的選擇。無論如何，在大多數工業應用中，Al2O3 DBC基板的大規模生產均提供了極具吸引力的性價比

空調、冰箱和洗衣機等家用電器通過逆變器來控制壓縮機電機、風扇電機和鼓形電機。多年來，功率轉換工作一直由分立器件完成，因為這種解決方案既便宜又充分。但是，對效率、可控性和小型化的日益增長的要求促使系統制造商紛紛采用小型多芯片模塊。這些小型多芯片模塊由多家制造商按標準尺寸生產，并且比采用分立器件的現有解決方案更加可靠。這一細分市場的成本敏感度仍然比較高。因此，根據模塊的額定電流和輸入電壓，可使用具有最佳性價比的絕緣金屬基板（IMS）或氧化鋁（Al2O3）DBC基板作為生產原料。

功率模塊可廣泛用于各種將清潔能源（例如，光伏和風能）轉換為商用電力的應用。盡管兩種可再生能源都具有極高的轉換效率要求，但在其他方面的要求卻各有不同。

一方面，光伏逆變器在濕度和低系統成本方面有極高的魯棒性要求，但由于一般處于常開狀態，因此對功率循環的要求較低。在住宅和商業應用中，起始輸出功率僅幾千瓦，而對于公用設施級工廠，其輸出功率可擴展到兆瓦范圍。分立設備是10kW以下應用的首選。輸出功率更高的系統可根據功率范圍使用帶或不帶底板的功率模塊。因此，Al2O3 DBC基板依然是這類應用的最佳技術選擇。

另一方面，風力渦輪機的額定功率也處于兆瓦范圍。由于空間有限，這類設備具有極高的功率密度要求。此外，功率模塊在可變風速下運行，會承受較大的功率循環應力，同時還必須在長達25年的運行中不出現任何故障。為此，我們利用強大的連接技術和可靠材料（例如摻雜氧化鋯的Al2O3 DBC基板）開發出了帶底板的大功率模塊，以滿足必要的使用壽命要求。

所有列車均需要功率逆變器來驅動電機，但每輛列車的逆變器數量、電壓和電流會隨列車類型（有軌電車、地鐵、區域列車或高鐵）而異。鐵路牽引需要極高功率的模塊：電壓> 1.7kV，功率范圍為100kW~1-2MW。必須采用厚重的陶瓷基板來提供足夠的電絕緣——盡管這會增加熱阻。所增加的熱阻可以通過導熱性更好的材料來抵消。因此，厚重（0.63mm及以上）的氮化鋁（AlN）通常是優選材料。

汽車可能會給電力電子領域帶來激動人心的機遇，因為混合動力和電動汽車市場有望快速增長。目前正在開發許多新的功率模塊平臺，以滿足這一細分市場的需求。但是，沒有“一刀切”的解決方案，幾乎不存在能覆蓋所有潛在汽車應用范圍的標準包裝。

Al2O3和摻雜氧化鋯的Al2O3 DBC基板足以滿足60V以下的低壓應用，例如輕度混合動力汽車中的皮帶起動發電機。盡管隨著電氣化水平的提高，輸出功率要求以及功率密度、功率循環和魯棒性要求均不斷提高。因此，需要新的材料和接合技術來改善功率半導體器件的散熱。氮化硅（Si3N4）AMB基板是這類應用的完美選擇。但Si3N4的熱導率遠高于Al2O3。即便如此，Si3N4 AMB基板仍具有出色的機械性能，并且可提供厚度高達0.8mm的銅金屬鍍層，以實現最高的載流容量和散熱度。

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