Met de snelle ontwikkeling van vermogenselektronicatechnologie hebben siliciumcarbide (SiC)-vermogensapparaten met hun uitstekende stabiliteit bij hoge temperaturen, hoge energiedichtheid en lage verlieskarakteristieken een groot toepassingspotentieel laten zien in nieuwe energievoertuigen, slimme netwerken en efficiënte energieconversievelden. Om de prestatievoordelen van SiC-apparaten ten volle te benutten, is het echter cruciaal om het juiste verpakkingssubstraat te selecteren. Van de vele soorten keramische substraten is het actief metaalgesoldeerde (AMB) siliciumnitride (Si3N4) substraat met zijn unieke voordelen geleidelijk de voorkeursoplossing geworden voor de verpakking van SiC-vermogensapparaten. Het doel van dit artikel is om te onderzoeken waarom AMB-keramische substraten, vooral Si3N4-AMB-substraten, opvallen en voldoen aan de verpakkingsbehoeften van SiC-vermogensapparaten voor hoge temperaturen, hoog vermogen, hoge warmteafvoer en hoge betrouwbaarheid.
Als kerncomponent van het pakket met krachtige apparaten hebben de prestaties van een keramisch substraat rechtstreeks invloed op de algehele prestaties van het apparaat. Traditioneel aluminiumoxide (Al2O3) substraten en aluminiumnitride (AlN)-substraten zijn gemetalliseerd door het directe kopercoatingproces (DBC), en hoewel het op grote schaal wordt gebruikt, beperken de inherente defecten van het DBC-proces de toepassing ervan onder extreme omstandigheden. Met name vanwege de discrepantie tussen de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen koper en keramiek bij hoge temperaturen, laat de koperlaag gemakkelijk los, wat de stabiliteit en betrouwbaarheid van de verpakkingsstructuur aantast.
De technologie van actief metaalsolderen (AMB) bereikt daarentegen een sterkere chemische binding tussen koper en keramiek door de introductie van een actief vulmetaal, waardoor de hechtsterkte van het grensvlak aanzienlijk wordt vergroot. Deze technologie overwint niet alleen het probleem van het afpellen van het DBC-substraat bij hoge temperaturen, maar maakt ook het gebruik mogelijk van keramische materialen met een hogere thermische geleidbaarheid en betere mechanische eigenschappen, zoals siliciumnitride (Si3N4). Si3N4-keramiek is ideaal voor het AMB-proces vanwege hun hoge hardheid, hoge breuktaaiheid, goede thermische stabiliteit en uitstekende thermische geleidbaarheid.
Het SI3N4-AMB-substraat combineert de uitstekende eigenschappen van Si3N4-keramiek met de hoge sterkte van het AMB-proces, wat een uitstekende betrouwbaarheid aantoont onder gebruiksomstandigheden bij hoge temperaturen. Allereerst zorgt de hoge thermische geleidbaarheid ervan voor een effectieve warmteafvoer van het apparaat, verlaagt de bedrijfstemperatuur en verlengt de levensduur van het apparaat. Ten tweede verbeteren de uitstekende mechanische eigenschappen van Si3N4 de buigsterkte en slagvastheid van het substraat, waardoor de robuustheid van de verpakking toeneemt. Ten slotte kan de strak gelaste structuur gevormd door het AMB-proces effectief weerstand bieden aan het falen van de interface veroorzaakt door thermische spanning bij hoge temperaturen, en de stabiliteit van de pakketstructuur op lange termijn garanderen.
Samenvattend heeft de snelle ontwikkeling van SiC-vermogensapparaten hogere eisen gesteld aan verpakkingssubstraten, en actief met metaal gesoldeerde (AMB) siliciumnitride (Si3N4) substraten zijn perfect geschikt voor de behoeften van SiC-apparaatverpakkingen met hun hoge sterkte hechting, hoge thermische eigenschappen. geleidbaarheid, uitstekende mechanische eigenschappen en uitstekende betrouwbaarheid bij hoge temperaturen. Si3N4-AMB-substraat lost niet alleen het interface-stripprobleem van traditioneel DBC-substraat bij hoge temperaturen op, maar biedt ook een stabieler en efficiënter warmtedissipatiekanaal voor SiC-apparaten, wat de sleutel is om SiC-vermogensapparaten te bevorderen naar een hogere vermogensdichtheid en een hogere werking temperatuur en een breder scala aan toepassingen. Daarom zijn keramische AMB-substraten, vooral Si3N4-AMB-substraten, ongetwijfeld de voorkeursoplossing geworden voor de verpakking van SiC-vermogensapparaten, waarmee een solide basis wordt gelegd voor de voortdurende vooruitgang van de vermogenselektronicatechnologie.
