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氮化硅陶瓷覆銅基板制備及可靠性評估

2020-06-18 06:06:10余曉初王曉剛劉國友劉學建黃政仁
硅酸鹽通報 2020年5期

余曉初,張 輝,陸 聰,王曉剛,劉國友,劉學建,黃政仁

(1.無錫天楊電子有限公司,無錫 214000;2.中國科學院上海硅酸鹽研究所,上海 201899; 3.株洲中車時代電氣股份有限公司,株洲 412001)

0 引 言

為了解決日益嚴重的環(huán)境問題,作為清潔能源的電力成為世界各國關(guān)注的焦點,能源利用電氣化成為發(fā)展的方向。在電力的應用中,大功率電力電子器件(典型如絕緣柵雙極晶體管-IGBT)是實現(xiàn)能源控制與轉(zhuǎn)換的核心,廣泛應用于高速鐵路、智能電網(wǎng)、電動汽車與新能源裝備等領(lǐng)域[1-2]。隨著能量密度提高,功率器件對陶瓷覆銅基板的散熱能力和可靠性的要求越來越高。目前功率器件用陶瓷覆銅基板的材料主要有氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)和氮化硅(Si3N4)等[3-4]。Al2O3覆銅基板主要采用直接覆銅方法(Direct Bonded Copper,DBC)制備[5-6],其熱導率低,散熱能力有限,多用于功率密度不高且對可靠性沒有嚴格要求的領(lǐng)域。AlN覆銅基板主要采用具有更高可靠性的活性金屬釬焊工藝(Active Metal Brazing,AMB),由于氮化鋁AMB覆銅基板(AlN-AMB-Cu)具有較高的散熱能力,從而適用于一些高功率、大電流的工作環(huán)境,但是由于機械強度相對較低,使得AlN-AMB-Cu的高低溫循環(huán)沖擊壽命有限,限制了其應用范圍。另一方面,隨著第三代功率芯片(如SiC、GaN)制備技術(shù)的成熟[7-8],更高功率密度和更高工作環(huán)境溫度導致Al2O3和AlN覆銅基板的高低溫循環(huán)沖擊次數(shù)迅速下降,可靠性降低,不能滿足使用要求。氮化硅AMB覆銅基板(Si3N4-AMB-Cu)以其高強度、高韌性、耐高溫、可靠性高等優(yōu)異的綜合熱力學性能成為較有前途的候選材料之一[9-12]?!?br>

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