Avec le développement rapide de la technologie de l'électronique de puissance, les dispositifs de puissance en carbure de silicium (SiC), avec leur excellente stabilité à haute température, leur densité énergétique élevée et leurs faibles caractéristiques de perte, ont montré un grand potentiel d'application dans les véhicules à énergie nouvelle, les réseaux intelligents et les domaines de conversion d'énergie efficace. Cependant, pour exploiter pleinement les avantages en termes de performances des dispositifs SiC, il est crucial de sélectionner le bon substrat d'emballage. Parmi les nombreux types de substrats céramiques, le substrat en nitrure de silicium (Si3N4) brasé avec un métal actif (AMB) est progressivement devenu la solution préférée pour le conditionnement des dispositifs de puissance SiC avec ses avantages uniques. Le but de cet article est d'explorer pourquoi les substrats céramiques AMB, en particulier les substrats Si3N4-AMB, se démarquent et répondent aux besoins d'emballage des dispositifs d'alimentation SiC en matière de haute température, de puissance élevée, de dissipation thermique élevée et de fiabilité élevée.
En tant que composant principal du boîtier du dispositif d'alimentation, les performances du substrat céramique affectent directement les performances globales du dispositif. Traditionnellement, les substrats d'alumine (Al2O3) et Les substrats en nitrure d'aluminium (AlN) ont été métallisés par le procédé de revêtement direct de cuivre (DBC), et bien qu'il soit largement utilisé, les défauts inhérents au procédé DBC limitent son application dans des conditions extrêmes. Plus précisément, en raison de l'inadéquation entre le coefficient de dilatation thermique entre le cuivre et la céramique à haute température, la couche de cuivre se décolle facilement, affectant la stabilité et la fiabilité de la structure du boîtier.
En revanche, la technologie de brasage par métal actif (AMB) permet d'obtenir une liaison chimique plus forte entre le cuivre et la céramique en introduisant un métal d'apport actif, augmentant ainsi considérablement la force de liaison de l'interface. Cette technologie résout non seulement le problème du pelage du substrat DBC à haute température, mais permet également l'utilisation de matériaux céramiques ayant une conductivité thermique plus élevée et de meilleures propriétés mécaniques, comme le nitrure de silicium (Si3N4). Les céramiques Si3N4 sont idéales pour le procédé AMB en raison de leur dureté élevée, de leur ténacité élevée, de leur bonne stabilité thermique et de leur excellente conductivité thermique.
Le substrat SI3N4-AMB combine les excellentes propriétés de la céramique Si3N4 avec la haute résistance du procédé AMB, démontrant une excellente fiabilité dans des conditions de service à haute température. Tout d'abord, sa conductivité thermique élevée assure une dissipation efficace de la chaleur de l'appareil, réduit la température de fonctionnement et prolonge la durée de vie de l'appareil. Deuxièmement, les excellentes propriétés mécaniques du Si3N4 améliorent la résistance à la flexion et aux chocs du substrat, renforçant ainsi la robustesse du boîtier. Enfin, la structure soudée serrée formée par le processus AMB peut résister efficacement à la défaillance de l'interface provoquée par une contrainte thermique à haute température et assurer la stabilité à long terme de la structure du boîtier.
En résumé, le développement rapide des dispositifs de puissance SiC a mis en avant des exigences plus élevées pour les substrats d'emballage, et les substrats en nitrure de silicium (Si3N4) brasés avec un métal actif (AMB) sont parfaitement adaptés aux besoins du boîtier des dispositifs SiC avec leur liaison à haute résistance, leur haute résistance thermique. conductivité, d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente fiabilité à haute température. Le substrat Si3N4-AMB résout non seulement le problème de dénudage d'interface du substrat DBC traditionnel à haute température, mais fournit également un canal de dissipation thermique plus stable et plus efficace pour les dispositifs SiC, ce qui est la clé pour promouvoir les dispositifs d'alimentation SiC vers une densité de puissance plus élevée et un fonctionnement plus élevé. température et une gamme d'applications plus large. Par conséquent, les substrats céramiques AMB, en particulier les substrats Si3N4-AMB, sont sans aucun doute devenus la solution privilégiée pour le conditionnement des dispositifs de puissance SiC, jetant ainsi une base solide pour le progrès continu de la technologie de l'électronique de puissance.
