陶瓷基板材料和EV/HEV電源模塊
　　設計電源電路需要適合應用的基板材料。電動汽車 (EV) 和混合動力電動汽車 (HEV) 的電源模塊等新應用需要更小的電路提供更高的電壓和功率，從而需要電路材料能夠提供高壓隔離，并能從密集封裝的半導體中有效散熱器件，例如IGBT和 MOSFET。
　　陶瓷基板材料具有所需的性能，但并非所有陶瓷基板的制造方式都相同。例如，可以通過不同的方式將銅附著到陶瓷上，包括直接鍵合銅 (DBC) 或活性金屬釬焊 (AMB) 工藝。了解陶瓷基板的比較有助于為必須處理高電壓、高隔離度和高效散熱的應用指定陶瓷基板。
　　隨著能量存儲系統的改進以及隨之而來的續(xù)航里程的增加，電動汽車和混合動力汽車的數量正在穩(wěn)步增長。這些車輛的電源電路圍繞開關二極管（IGBT 和 MOSFET）構建，設計用于處理約 400 至 750 V 的直流電壓；在某些情況下，EV 和 HEV 中的電壓可高達 900 至 1200 V。由于 EV 或 HEV 的空間有限，電源電路和模塊通常內置在狹小的空間中。幸運的是，陶瓷基板材料可以滿足電動汽車和混合動力汽車電源模塊以及許多其他電力電子應用的電氣和機械要求。
　　陶瓷基板包括用于制造電路圖案、散熱器和其他電子結構的銅層。陶瓷材料包括氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AlN）和氮化硅（Si3N4）。根據材料的類型，銅可以通過不同的方法粘合到陶瓷材料上，其中 DBC 工藝用于氧化鋁和 AlN，AMB 工藝是將銅粘合到 Si3N4 的有效方法。 DBC 工藝在約 +1065°C 的溫度下進行，通過陶瓷基板和銅之間的熔化和擴散形成結合。 AMB 工藝的工藝溫度較低，約為 +800°C，可在純銅和 Si3N4 陶瓷材料之間形成高溫釬焊接頭。

　　DBC 和 AMB 陶瓷基板都具有適合 EV/HEV 電源模塊高功率密度的特性。銅的高導電率支持大電流；陶瓷基板優(yōu)異的介電性能可實現電源模塊中密集電路所需的高隔離度（圖 1）。了解機械屬性（例如銅厚度和陶瓷厚度）與性能的關系有助于嘗試優(yōu)化陶瓷材料參數以實現電氣性能和有效的熱管理。

　　直接鍵合銅 (DBC) 和活性金屬釬焊 (AMB) 是將導電銅連接到陶瓷介電基板材料的兩種工藝。
　　圖 1：直接鍵合銅 (DBC) 和活性金屬釬焊 (AMB) 是將導電銅連接到陶瓷介電基板材料的兩種工藝。
　　隨著電動汽車和混合動力汽車的發(fā)展及其電力電子支撐技術（例如儲能）的改進，每年生產的此類汽車的數量將繼續(xù)增長。電動汽車和混合動力汽車重量的增加和性能要求的提高將需要具有更高電流容量的高壓逆變器。在車輛電源電路中用作開關器件的二極管、IGBT 和 MOSFET 可從許多供應商處獲得。
　　這些半導體具有不同的工作電壓 (VCES) 和隔離電壓 (VISOL) 額定值，并且支持電源電路及其基板材料必須提供在所需電壓和功率水平下可靠運行的性能。
　　功率半導體器件的隔離測試電壓包含在電動汽車和混合動力汽車的各種標準和法規(guī)中。它是指施加在器件端子和絕緣模塊基板之間而不發(fā)生電擊穿的電壓。對于安裝在電路基板上的有源器件，基板材料的介電強度和厚度將影響隔離電壓。陶瓷基板材料提供大于 20 kV/mm 的高介電強度，有利于處理高壓電路和設備。
　　陶瓷基板材料的厚度將決定特定電路可能的隔離電壓，較厚的材料支持更高的隔離電壓。例如，0.38毫米厚的陶瓷基板可支持高達6 kV的隔離電壓，而0.63毫米厚的陶瓷基板可支持高達13 kV左右的隔離電壓。因此，較厚的陶瓷基板可實現更厚的隔離電壓。
　　電動汽車如何應對熱量
　　電動汽車和混合動力汽車的共同設計目標是化電子元件的尺寸，這導致了在更高功率水平下使用更小功率模塊的趨勢，這必然會導致散熱問題。即使是效的功率半導體也會產生熱能，作為流經有源器件（例如 IGBT 或 MOSFET）的電流的副產品。為了確保可靠性和較長的工作壽命，必須排除熱量，而這可以通過使用具有高導熱性的電路基板材料（例如陶瓷基板）來有效地實現。

　　給定設備必須管理的熱量將是設備產生的功率的函數，功率水平越高，產生的熱量就越多。 DBC 和 AMB 陶瓷基板具有不同的熱特性，例如熱阻 (Rth) 和熱導率，可作為哪種材料更適合不同功率水平的指南。例如，在 +20°C 時，氧化鋁 (Al2O3) 的導熱率為 24 W/mK，而氮化硅 (Si3N4) 的導熱率為 90 W/mK。但對于 AlN，導熱系數為 170 W/mK，這使其成為必須不惜一切代價散熱的極高功率、高功率密度電路的明確選擇。當需要低熱阻來散發(fā)大量熱量時，也可以通過減小陶瓷基板的厚度、增加安裝有源器件的銅面積以及增加銅層的厚度來實現（圖 2）。

　　DBC 或 AMB 陶瓷基板的熱阻受陶瓷厚度和銅厚度的影響
　　圖 2：DBC 或 AMB 陶瓷基板的熱阻受陶瓷厚度和銅厚度的影響。
　　在尋找電動汽車和混合動力汽車電源電路基板材料時需要考慮的另一個與材料相關的參數是熱膨脹系數 (CTE)，它描述了不同材料如何隨溫度膨脹和收縮。由于材料特定的導熱性，具有兩種不同 CTE 物理連接的兩種材料可能會因溫度變化而承受應力。情況下，CTE 中的任何失配（例如硅 IGBT 或 MOSFET 及其電路基板的失配）都應化，以減少兩種不同材料界面處熱引起的機械應力。