陶瓷基板概述

陶瓷基板是指銅箔在高溫下直接鍵合到氧化鋁（Al2O3）或氮化鋁（AlN）陶瓷基片表面（單面或雙面）上的特殊工藝板。所制成的超薄復合基板具有優良電絕緣性能，高導熱特性，優異的軟釬焊性和高的附著強度，并可像PCB板一樣能刻蝕出各種圖形，具有很大的載流能力。因此，陶瓷基板已成為大功率電力電子電路結構技術和互連技術的基礎材料。

陶瓷基板的用途

◆大功率電力半導體模塊；半導體致冷器、電子加熱器；功率控制電路，功率混合電路。

◆智能功率組件；高頻開關電源，固態繼電器。

◆汽車電子，航天航空及軍用電子組件。

◆太陽能電池板組件；電訊專用交換機，接收系統；激光等工業電子。

陶瓷基板的優越性

◆陶瓷基板的熱膨脹系數接近硅芯片，可節省過渡層Mo片，省工、節材、降低成本；

◆減少焊層，降低熱阻，減少空洞，提高成品率；

◆在相同載流量下0.3mm厚的銅箔線寬僅為普通印刷電路板的10%；

◆優良的導熱性，使芯片的封裝非常緊湊，從而使功率密度大大提高，改善系統和裝置的可靠性；

◆超薄型（0.25mm）陶瓷基板可替代BeO，無環保毒性問題；

◆載流量大，100A電流連續通過1mm寬0.3mm厚銅體，溫升約17℃；100A電流連續通過2mm寬0.3mm厚銅體，溫升僅5℃左右；

◆熱阻低，10×10mm陶瓷基板的熱阻0.63mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.31K/W，0.38mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.19K/W，0.25mm厚度陶瓷基片的熱阻為0.14K/W。

◆絕緣耐壓高，保障人身安全和設備的防護能力。

◆可以實現新的封裝和組裝方法，使產品高度集成，體積縮小。

陶瓷基板應用于半導體制冷器

半導體制冷片，也叫熱電制冷片，它是利用半導體材料的Peltier效應來實現制冷或者制熱的產品。由帕爾貼效應可知，通過在半導體致冷器的兩端加載一個適當的直流電壓，熱量就會從元件的一端流到另一端。此時，制冷器的一端溫度就會降低，而另一端的溫度就會同時上升。值得注意的是，只要改變電流方向，就可以改變熱流的方向，將熱量輸送到另一端。所以，在一個熱電制冷器上就可以同時實現制冷和加熱兩種功能。

如圖所示的是一個最簡單、最基本的溫差電器件，由N、P兩種類型的半導體溫差電材料經電導率較高的導流片串聯構成。當電流流過回路時，將在接頭A處發生吸熱，而在接頭B處放熱，使得T2>T1，因而在A、B兩端建立溫差ΔT=T2-T1。

根據帕爾貼效應建立在冷端A處的熱平衡方程，可獲得該接頭處單位時間從外界進入的熱量（制冷量）Qc為：

其中R為N、P電偶臂的電阻，αNP為N、P電偶臂的溫差電動勢總和，與制冷器的電偶臂對數有關；

I為通過回路的電流，

k為電偶臂的熱阻總和。

其中最重要的是陶瓷基板的應用，只有陶瓷基板能夠耐高溫并且能夠快速散發熱量。

半導體致冷器的主要特點

半導體制冷器是一個小電壓，電流的特性，在一些中小功率熱量傳輸，但是需要復雜控溫的熱控過程中，可以提供很大的幫助。半導體致冷器并不能應用在所有的領域，但在一些特定的情況下它是唯一的選擇。與其他制冷設備相比，熱電制冷器具有很多優勢。其中包括：

●可以降溫到環境溫度以下：傳統的散熱器需要將溫度升高到環境溫度以上才可以使用，與其不同的是熱電制冷器具有將物體溫度降低到環境溫度以下的能力。

●同一器件可以滿足升溫和降溫的要求：熱電制冷器可以通過調整加載的直流電流的方向，調整制冷或者加熱模式。應用這一特點就不必在給定體系內加入另外獨立的加熱或者制冷功能元件。

●精確的溫度控制：由于熱電制冷器具有一個閉路溫度控制循環，它可以在±0.1℃范圍內精確地控制溫度。

●高可靠性：由于全部為固態基構造，熱電制冷器具有很高的可靠性。盡管某種程度上與應用條件有關，但是典型熱電制冷器的壽命一般可以達到200，000小時以上。

●電子靜音：與傳統的機械式制冷器件不同，熱電制冷器在工作過程中基本上不會產生任何電子干擾信號，它可以與敏感的電子感應器相連接，并不會干擾其工作。另外，它在運行過程中也不會產生任何噪音。

●可以在任意角度下工作：熱電制冷器可以在任意角度和零重力狀態下工作。

●簡單方便的能源供給：熱電制冷器能夠直接使用直流電源，并且加載電源的電壓和電流能夠在很大范圍內變化。在許多條件下，還可以使用脈沖寬度調制。

半導體制冷機工作原理

用導體連接兩塊不同的金屬，接通直流電，則一個接點處溫度降低，另一個接點處溫度升高。若將電源反接，則接點處的溫度相反變化。這一現象稱為珀耳帖效應，又稱熱-電效應。純金屬的熱-電效應很小，若用一個N型半導體和一個P型半導體代替金屬，效應就大得多。接通電源后，上接點附近產生電子-空穴對，內能減小，溫度降低，向外界吸熱，稱為冷端。另一端因電子-空穴對復合，內能增加，溫度升高，并向環境放熱，稱為熱端。一對半導體熱電元件所產生的溫差和冷量都很小，實用的半導體制冷器是由很多對熱電元件經并聯、串聯組合而成，也稱熱電堆。單級熱電堆可得到大約60℃的溫差，即冷端溫度可達-10～-20℃。增加熱電堆級數即可使兩端的溫差加大。但級數不宜過多，一般為2～3級。