Con el rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, los dispositivos de potencia de carburo de silicio (SiC), con su excelente estabilidad a altas temperaturas, alta densidad de energía y características de baja pérdida, han mostrado un gran potencial de aplicación en vehículos de nueva energía, redes inteligentes y campos de conversión de energía eficiente. Sin embargo, para aprovechar al máximo las ventajas de rendimiento de los dispositivos de SiC, es fundamental seleccionar el sustrato de embalaje adecuado. Entre los muchos tipos de sustratos cerámicos, el sustrato de nitruro de silicio (Si3N4) soldado con metal activo (AMB) se ha convertido gradualmente en la solución preferida para el empaquetado de dispositivos de potencia de SiC con sus ventajas únicas. El propósito de este artículo es explorar por qué los sustratos cerámicos AMB, especialmente los sustratos Si3N4-AMB, se destacan y satisfacen las necesidades de empaque de los dispositivos de potencia de SiC para alta temperatura, alta potencia, alta disipación de calor y alta confiabilidad.
Como componente central del paquete del dispositivo de alimentación, el rendimiento del sustrato cerámico afecta directamente el rendimiento general del dispositivo. Tradicionalmente, sustratos de alúmina (Al2O3) y Los sustratos de nitruro de aluminio (AlN) se han metalizado mediante el proceso de recubrimiento directo de cobre (DBC) y, si bien se usa ampliamente, los defectos inherentes del proceso DBC limitan su aplicación en condiciones extremas. Específicamente, debido a la falta de coincidencia entre el coeficiente de expansión térmica entre el cobre y la cerámica a altas temperaturas, la capa de cobre se desprende fácilmente, lo que afecta la estabilidad y confiabilidad de la estructura del paquete.
Por el contrario, la tecnología de soldadura fuerte con metal activo (AMB) logra una unión química más fuerte entre el cobre y la cerámica mediante la introducción de un metal de aportación activo, lo que aumenta significativamente la fuerza de unión de la interfaz. Esta tecnología no sólo supera el problema del pelado del sustrato DBC a altas temperaturas, sino que también permite el uso de materiales cerámicos con mayor conductividad térmica y mejores propiedades mecánicas, como el nitruro de silicio (Si3N4). Las cerámicas Si3N4 son ideales para el proceso AMB debido a su alta dureza, alta tenacidad a la fractura, buena estabilidad térmica y excelente conductividad térmica.
El sustrato SI3N4-AMB combina las excelentes propiedades de la cerámica Si3N4 con la alta resistencia del proceso AMB, demostrando una excelente confiabilidad en condiciones de servicio a alta temperatura. En primer lugar, su alta conductividad térmica garantiza una disipación eficaz del calor del dispositivo, reduce la temperatura de funcionamiento y prolonga la vida útil del dispositivo. En segundo lugar, las excelentes propiedades mecánicas del Si3N4 mejoran la resistencia a la flexión y al impacto del sustrato, mejorando la robustez del paquete. Finalmente, la estructura soldada hermética formada por el proceso AMB puede resistir eficazmente la falla de la interfaz causada por el estrés térmico a alta temperatura y garantizar la estabilidad a largo plazo de la estructura del paquete.
En resumen, el rápido desarrollo de los dispositivos de potencia de SiC ha planteado requisitos más altos para los sustratos de embalaje, y los sustratos de nitruro de silicio (Si3N4) soldados con metal activo (AMB) se adaptan perfectamente a las necesidades de los embalajes de dispositivos de SiC con su unión de alta resistencia, alta temperatura. Conductividad, excelentes propiedades mecánicas y excelente confiabilidad a altas temperaturas. El sustrato Si3N4-AMB no solo resuelve el problema de eliminación de la interfaz del sustrato DBC tradicional a altas temperaturas, sino que también proporciona un canal de disipación de calor más estable y eficiente para dispositivos de SiC, que es la clave para promover que los dispositivos de potencia de SiC tengan una mayor densidad de potencia y mayor funcionamiento. temperatura y una gama más amplia de aplicaciones. Por lo tanto, los sustratos cerámicos AMB, especialmente los sustratos Si3N4-AMB, se han convertido sin duda en la solución preferida para el empaquetado de dispositivos de potencia de SiC, sentando una base sólida para el progreso continuo de la tecnología de la electrónica de potencia.
