Com o rápido desenvolvimento da tecnologia eletrônica de potência, especialmente a ampla aplicação de dispositivos semicondutores de potência, como módulos IGBT de alta tensão, alta corrente e alta frequência, requisitos mais rigorosos são apresentados para substratos cerâmicos cobertos de cobre. Por ser um tipo de material cerâmico com alta condutividade térmica, baixa constante dielétrica e boas propriedades mecânicas, o nitreto de alumínio (AlN) é a escolha ideal para a preparação de substratos cerâmicos revestidos de cobre de alto desempenho. No entanto, as propriedades de superfície do substrato de nitreto de alumínio tornam difícil que o cobre e os óxidos de cobre umedeçam e se espalhem sobre ele, limitando sua aplicação direta aos processos DBC (cobre ligado diretamente). Portanto, explorar o processo de preparação eficiente da placa revestida de cobre cerâmico de nitreto de alumínio e otimizar seu desempenho tornou-se o foco da pesquisa atual.
Desafios e soluções para o processo de preparação de nitreto de alumínio DBC: As propriedades superficiais do nitreto de alumínio dificultam a ligação direta com o cobre. A molhabilidade do cobre e dos óxidos de cobre na superfície do nitreto de alumínio pode ser significativamente melhorada pela formação de uma camada composta de alumina densa e uniforme na superfície do nitreto de alumínio. O processo DBC utiliza a ligação eutética de cobre e alumina e realiza a ligação firme de cerâmica e folha de cobre por meio de sinterização em forno de cadeia.
Introdução e vantagens do processo AMB: Como uma melhoria do processo DBC, o processo AMB (brasagem de metal ativo) utiliza o elemento ativo no metal de adição (como o Ti) para reagir com a cerâmica para gerar uma camada de reação (como TiN) que pode ser umedecido pelo metal de adição líquido, aumentando assim a força de ligação da cerâmica e da folha de cobre. O processo AMB requer sinterização a vácuo para evitar a oxidação do metal ativo e, embora a complexidade do processo aumente, a força de ligação é mais forte e a confiabilidade é maior.
Comparação do processo DBC e AMB: O processo DBC usa gravação em cobre em uma etapa, enquanto o processo AMB consiste em gravação em cobre em uma etapa e gravação em TiN em uma etapa, o último processo é mais difícil. Porém, a força de ligação do AMB-AlN é superior à do DBC-AlN, apresentando maior confiabilidade e desempenho.
Direção de otimização de desempenho da placa cerâmica coberta de cobre de nitreto de alumínio: Com o desenvolvimento de dispositivos semicondutores de potência, os requisitos de desempenho do substrato cerâmico coberto de cobre estão melhorando constantemente. Melhorar a resistência da cerâmica de nitreto de alumínio e otimizar ainda mais o processo de preparação para alcançar maior confiabilidade, resistência à temperatura e capacidade de transporte de corrente são direções importantes de pesquisas subsequentes.
Resumindo, o processo de preparação da placa revestida de cobre cerâmico de nitreto de alumínio experimentou a evolução de DBC para AMB, através da introdução de brasagem de metal ativo e tecnologia de sinterização a vácuo, resolvendo efetivamente o problema da molhabilidade da superfície de nitreto de alumínio, melhorando significativamente a força de ligação e confiabilidade geral da cerâmica e da folha de cobre. No entanto, com o progresso contínuo da tecnologia de dispositivos semicondutores de potência, os requisitos de desempenho dos substratos cerâmicos cobertos de cobre também estão aumentando. Portanto, pesquisas futuras devem se concentrar em otimizar ainda mais o processo de preparação e melhorar a resistência da cerâmica de nitreto de alumínio para atender às necessidades de embalagem de dispositivos semicondutores de potência de alto desempenho, como módulos IGBT de alta tensão, alta corrente e alta frequência, e promover o desenvolvimento sustentável da tecnologia de eletrônica de potência.
