Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de eletrônica de potência, os dispositivos de potência de carboneto de silício (SiC) com excelente estabilidade em altas temperaturas, alta densidade de energia e características de baixa perda mostraram grande potencial de aplicação em novos veículos de energia, redes inteligentes e campos eficientes de conversão de energia. No entanto, para explorar plenamente as vantagens de desempenho dos dispositivos SiC, é crucial selecionar o substrato de embalagem correto. Entre os muitos tipos de substrato cerâmico, o substrato de nitreto de silício (Si3N4) brasado com metal ativo (AMB) tornou-se gradualmente a solução preferida para o empacotamento de dispositivos de energia de SiC com suas vantagens exclusivas. O objetivo deste artigo é explorar por que os substratos cerâmicos AMB, especialmente os substratos Si3N4-AMB, se destacam e atendem às necessidades de empacotamento de dispositivos de energia SiC para alta temperatura, alta potência, alta dissipação de calor e alta confiabilidade.
Como componente principal do pacote do dispositivo de energia, o desempenho do substrato cerâmico afeta diretamente o desempenho geral do dispositivo. Tradicionalmente, substratos de alumina (Al2O3) e substratos de nitreto de alumínio (AlN) foram metalizados pelo processo de revestimento direto de cobre (DBC) e, embora seja amplamente utilizado, os defeitos inerentes ao processo DBC limitam sua aplicação sob condições extremas. Especificamente, devido à incompatibilidade entre o coeficiente de expansão térmica entre o cobre e a cerâmica em altas temperaturas, a camada de cobre é facilmente removida, afetando a estabilidade e confiabilidade da estrutura da embalagem.
Em contraste, a tecnologia de brasagem de metal ativo (AMB) consegue uma ligação química mais forte entre o cobre e a cerâmica através da introdução de um metal de adição ativo, aumentando significativamente a força de ligação da interface. Esta tecnologia não só supera o problema de descascamento do substrato DBC em altas temperaturas, mas também permite a utilização de materiais cerâmicos com maior condutividade térmica e melhores propriedades mecânicas, como o nitreto de silício (Si3N4). As cerâmicas Si3N4 são ideais para o processo AMB devido à sua alta dureza, alta tenacidade à fratura, boa estabilidade térmica e excelente condutividade térmica.
O substrato SI3N4-AMB combina as excelentes propriedades da cerâmica Si3N4 com a alta resistência do processo AMB, demonstrando excelente confiabilidade sob condições de serviço em altas temperaturas. Em primeiro lugar, a sua elevada condutividade térmica garante uma dissipação de calor eficaz do dispositivo, reduz a temperatura de funcionamento e prolonga a vida útil do dispositivo. Em segundo lugar, as excelentes propriedades mecânicas do Si3N4 melhoram a resistência à flexão e ao impacto do substrato, aumentando a robustez da embalagem. Finalmente, a estrutura soldada formada pelo processo AMB pode resistir efetivamente à falha da interface causada pelo estresse térmico em alta temperatura e garantir a estabilidade a longo prazo da estrutura da embalagem.
Em resumo, o rápido desenvolvimento de dispositivos de energia de SiC apresentou requisitos mais elevados para substratos de embalagem, e os substratos de nitreto de silício (Si3N4) brasados com metal ativo (AMB) são perfeitamente adequados às necessidades de embalagem de dispositivos de SiC com sua ligação de alta resistência, alta resistência térmica condutividade, excelentes propriedades mecânicas e excelente confiabilidade em altas temperaturas. O substrato Si3N4-AMB não apenas resolve o problema de remoção de interface do substrato DBC tradicional em altas temperaturas, mas também fornece um canal de dissipação de calor mais estável e eficiente para dispositivos SiC, que é a chave para promover dispositivos de energia SiC para maior densidade de potência, maior operação temperatura e uma ampla gama de aplicações. Portanto, os substratos cerâmicos AMB, especialmente os substratos Si3N4-AMB, tornaram-se, sem dúvida, a solução preferida para o empacotamento de dispositivos de potência de SiC, estabelecendo uma base sólida para o progresso contínuo da tecnologia de eletrônica de potência.
