Порівняння процесів металізації підкладки з нітриду алюмінію і міді для модулів IGBT
Apr 07, 2026
Залишити повідомлення
У сучасній технології силової електроніки модулі IGBT, як основні пристрої живлення, значною мірою покладаються на пакувальні матеріали та структурний дизайн для продуктивності та надійності. Серед них покрита міддю керамічна підкладка, яка служить важливим розсіювачем тепла та носієм електричних з’єднань, безпосередньо впливає на стабільність модуля під високою напругою, сильним струмом і складним термоциклічним середовищем через процес металізації. Тому систематичний аналіз технології металізації та надійності керамічних підкладок з нітриду алюмінію (AlN) має важливе інженерне значення для підвищення загальної ефективності силових пристроїв.
З точки зору вибору матеріалу, поширені типи керамічних підкладок включають Al₂O₃, AlN, Si3N₄ і SiC. Незважаючи на те, що Al₂O₃ має низьку -вартість і розроблену технологію обробки, його обмежена теплопровідність ускладнює виконання високих вимог щодо питомої потужності. Si₃N₄ демонструє відмінні механічні властивості, але його застосування обмежене технологією виробництва та вартістю. Хоча SiC має високу теплопровідність, його діелектричні властивості та складність обробки обмежують його-велике застосування. Навпаки, кераміка AlN поступово стала основним вибором завдяки своїй високій теплопровідності, відмінним ізоляційним властивостям і гарному тепловому розширенню, що відповідає напівпровідниковим матеріалам, і її застосування в металізованих керамічних системах продовжує зростати.
По-перше, аналізуючи механізм міжфазного з’єднання, процес TFC покладається на пом’якшення скляної фази для досягнення механічного з’єднання та зволоження за допомогою трафаретного-друку мідної пасти та високо{1}}температурного спікання; процес DPC заснований головним чином на фізичній адгезії через напилення тонкого шару Ti/Cu та гальванічного покриття для потовщення; процес DBC досягає металургійного зв’язку шляхом взаємодії Cu₂O та Al₂O₃ при високих температурах з утворенням евтектичної структури; у той час як процес AMB значно підвищує міцність з’єднання, утворюючи TiN та інші реактивні шари на межі розділу за допомогою активного припою, що містить Ti-. Ця різниця в керамічному механізмі металізації є основною причиною диференціації продуктивності різних процесів.
З точки зору міцності на відрив, процес AMB працює найкраще, міцність міжфазного з’єднання досягає 25 МПа, що значно вище, ніж процеси DBC, TFC і DPC. Це вказує на те, що в системах з’єднання кераміки-з-металом введення активних елементів для сприяння міжфазним реакціям є важливим шляхом покращення ефективності з’єднання. Навпаки, процес DPC, у якому відсутній ефективний металургійний сполучний шар, має відносно низьку адгезію, що обмежує його застосування в середовищах із високим-напруженням.
Подальший аналіз з точки зору надійності термоциклування виявив значні відмінності між різними субстратами в умовах термічного удару в діапазоні від -55 градусів до 150 градусів. Підкладки DPC зазнали розшарування межі розділу при відносно низькій кількості циклів, тоді як підкладки TFC і DBC продемонстрували різний ступінь деградації міцності та мікротріщин після помірної кількості циклів. Навпаки, підкладка AMB зберігає стабільну продуктивність після 1500 циклів, головним чином завдяки своєму гнучкому перехідному шару на межі розділу, ефективно пом’якшуючи концентрацію напруги, викликану невідповідністю температурного розширення. Ця характеристика має важливе еталонне значення для проектування високоміцних металізованих керамічних компонентів.
Випробування циклічної зміни потужності ще більше посилили відмінності продуктивності між різними процесами. У циклічних умовах до 1200 A/3,3 кВ підкладка AMB може стабільно працювати протягом понад 70 000 циклів, зберігаючи надійний відносний термічний опір. Субстрат DBC почав деградувати після приблизно 40 000 циклів, тоді як субстрати TFC і DPC вийшли з ладу на ще більш ранньому етапі. Це вказує на те, що в застосуванні металізованого керамічного корпусу для потужних напівпровідників стабільність структури інтерфейсу та здатність буферизувати термічну напругу є ключовими факторами, що визначають термін служби.
З точки зору технічного застосування, металізація підкладок AlN не лише впливає на електричні характеристики, але й безпосередньо пов’язана з-довгостроковою надійністю структури упаковки. Попит на прецизійну металізовану кераміку та металізовану кераміку для електричних компонентів продовжує зростати, особливо в таких галузях, як транспортні засоби нових джерел енергії, залізничний транспорт та інтелектуальні електромережі, що висуває підвищені вимоги до послідовності та надійності процесів.
Крім того, хоча прецизійні металізовані керамічні компоненти з оксиду алюмінію та металізована кераміка з глинозему все ще займають певну частку ринку у високоточних-застосуваннях, загальні переваги продуктивності підкладок AlN є більш виразними у сценаріях високої-потужності. У поєднанні з технологією точної обробки керамічних деталей із оксиду алюмінію можна задовольнити вимоги складної конструкції та високо-точної упаковки, що ще більше розширює межі застосування металізованих керамічних матеріалів.
Загалом, різні процеси металізації для кераміки з оксиду алюмінію або нітриду алюмінію демонструють значні відмінності в структурі розділу, міцності з’єднання та ефективності термічного циклу. Серед них процес AMB із чудовим механізмом металургійного з’єднання та можливістю буферизації напруги демонструє явну перевагу у високо-надійних застосуваннях. У майбутньому, оскільки енергетичні пристрої розвиватимуться до більш високих щільностей струму та більш вимогливих умов експлуатації, оптимізація металізованої кераміки та пов’язаних процесів залишатиметься важливим напрямком досліджень
зв'яжіться з нами
Якщо ви оцінюєтеМеталізована глиноземна кераміказв’яжіться з нами, щоб отримати рішення для склеювання або отримати підтримку щодо високо-надійних пакувальних матеріалів. Ми надамо вам професійні технічні консультації та прикладні рішення.
Послати повідомлення