Met de snelle ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie, vooral de brede toepassing van vermogenshalfgeleiderapparaten zoals hoogspannings-, hoge stroom- en hoogfrequente IGBT-modules, worden strengere eisen gesteld aan keramische, met koper bedekte substraten. Als een soort keramisch materiaal met een hoge thermische geleidbaarheid, een lage diëlektrische constante en goede mechanische eigenschappen, is aluminiumnitride (AlN) een ideale keuze voor het bereiden van hoogwaardige keramische, met koper beklede substraten. De oppervlakte-eigenschappen van aluminiumnitridesubstraat maken het echter moeilijk voor koper en koperoxiden om het te bevochtigen en zich erop te verspreiden, waardoor de directe toepassing ervan wordt beperkt tot DBC-processen (direct gebonden koper). Daarom is het onderzoeken van het efficiënte bereidingsproces van keramische, met koper beklede aluminiumnitrideplaten en het optimaliseren van de prestaties ervan de focus geworden van het huidige onderzoek.
Uitdagingen en oplossingen voor het DBC-voorbereidingsproces van aluminiumnitride: De oppervlakte-eigenschappen van aluminiumnitride maken directe binding met koper moeilijk. De bevochtigbaarheid van koper en koperoxiden op het oppervlak van aluminiumnitride kan aanzienlijk worden verbeterd door een dichte en uniforme aluminiumoxide-composietlaag op het oppervlak van aluminiumnitride te vormen. Het DBC-proces maakt gebruik van de eutectische binding van koper en aluminiumoxide en realiseert de stevige binding van keramiek en koperfolie door middel van sinteren in een kettingoven.
Introductie en voordelen van het AMB-proces: Als verbetering van het DBC-proces gebruikt het AMB-proces (Active Metal Brazing) het actieve element in het vulmetaal (zoals Ti) om te reageren met het keramiek om een reactielaag te genereren (zoals TiN) die door het vloeibare vulmetaal kunnen worden bevochtigd, waardoor de bindkracht van de keramische en koperfolie wordt vergroot. Het AMB-proces vereist vacuümsinteren om oxidatie van het actieve metaal te voorkomen, en hoewel de procescomplexiteit toeneemt, is de bindkracht sterker en de betrouwbaarheid hoger.
Vergelijking van DBC- en AMB-proces: Het DBC-proces maakt gebruik van koperetsen in één stap, terwijl het AMB-proces bestaat uit koperetsen in één stap en TiN-etsen in één stap, het laatste proces is moeilijker. De bindende kracht van AMB-AlN is echter superieur aan die van DBC-AlN, wat een hogere betrouwbaarheid en prestaties laat zien.
Prestatieoptimalisatierichting van met aluminiumnitride keramische, met koper bedekte plaat: met de ontwikkeling van vermogenshalfgeleiderapparaten worden de prestatie-eisen van met keramisch koper bedekt substraat voortdurend verbeterd. Het verbeteren van de sterkte van aluminiumnitride-keramiek en het verder optimaliseren van het bereidingsproces om een hogere betrouwbaarheid, temperatuurbestendigheid en stroomdraagvermogen te bereiken zijn belangrijke richtingen van vervolgonderzoek.
Samenvattend heeft het bereidingsproces van aluminiumnitride keramische koperbeklede plaat de evolutie doorgemaakt van DBC naar AMB, door de introductie van actief metaalsolderen en vacuümsintertechnologie, waardoor het probleem van de bevochtigbaarheid van het aluminiumnitride-oppervlak effectief wordt opgelost en de hechtkracht aanzienlijk wordt verbeterd. en algehele betrouwbaarheid van keramiek en koperfolie. Met de voortdurende vooruitgang van de technologie van vermogenshalfgeleiderapparaten nemen echter ook de prestatie-eisen van keramische, met koper bedekte substraten toe. Daarom moet toekomstig onderzoek zich richten op het verder optimaliseren van het bereidingsproces en het verbeteren van de sterkte van aluminiumnitride-keramiek om te voldoen aan de verpakkingsbehoeften van krachtige halfgeleiderapparaten zoals hoogspannings-, hoge stroom- en hoogfrequente IGBT-modules, en de duurzame ontwikkeling te bevorderen van vermogenselektronicatechnologie.
