氮化硅陶瓷基板高功率模塊的“戰(zhàn)斗機”

氮化硅陶瓷基板具有硬度大、強度高、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動小、抗氧化性能好、熱腐蝕性能好，因而有它獨特的應用價值。氮化硅陶瓷基板在半導體功率模塊是電力電子領(lǐng)域中最重要的功率器件之一，應用于電動汽車、軌道交通等領(lǐng)域，封裝模塊主要用到的是覆銅板，覆銅板中絕緣層通常是陶瓷材料，用到氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板較多，那么氮化硅陶瓷基板材料與它們有和不同，目前在高功率模塊應用主要是哪些領(lǐng)域呢？

在覆銅過程中，因為金屬銅和陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)有較大的差別，所以在高溫條件下的覆銅之后，容易在在陶瓷基板中產(chǎn)生較大的附加熱應力。并且，由于電子封裝基板自身的周期性使用特性，在頻繁的升溫和降溫過程中也會陸續(xù)地在陶瓷基板上產(chǎn)生熱應力。因此經(jīng)過漫長時間使用后在基板內(nèi)部很容易有微小的裂紋產(chǎn)生和擴展，故很容易讓封裝基板產(chǎn)生破裂從而失效。比如高速軌道交通工具--和諧號等需要高可靠性的配件支持。

汽車震動器，屬于頻繁震動的半導體器件模塊，當半導體功率模塊使用在車輛等存在頻繁震動的移動設(shè)施上，力學性能不足的陶瓷基板容易出現(xiàn)斷裂，降低了半導體功率模塊在使用過程中的可靠性。在實際生產(chǎn)過程中，通常使用240K-500K的熱循環(huán)實驗來檢測試樣的抗熱震性能，普通的Al2O3和AlN一般在經(jīng)受了50次熱循環(huán)之后就會產(chǎn)生裂紋，在經(jīng)歷了500次熱循環(huán)之后會發(fā)生銅電路的脫落，不能夠滿足電動汽車所要求的3000次熱循環(huán)后仍能保持使用性能的要求。氮化硅陶瓷基板機械強度很高，硬度大、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動小、熱腐蝕性能好，可以滿足3000次以上熱循環(huán)。

氮化硅陶瓷基板的撓曲強度比采用Al2O3和AlN制成的基板高。Si3N4陶瓷的斷裂韌性甚至超過了氧化鋯摻雜陶瓷。目前，國際上高導熱氮化硅陶瓷基板主要的供應商有美國羅杰斯公司和日本東芝公司，其生產(chǎn)的高導熱氮化硅陶瓷熱導率均能達到90W·m-1·K-1，抗彎強度和斷裂韌性也分別能達到650MPa和6.5MPa·m1/2左右。

氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的力學性能，其抗彎強度和斷裂韌性是氮化鋁和氧化鋁的2倍以上，并且具有高熱導率、低熱膨脹系數(shù)和高抗熱震性等優(yōu)點，更加適合于大功率半導體功率模塊的應用實況，特別是應用在有振動場合的功率模塊制備。高機械（抗彎強度和斷裂韌性）強度的氮化硅基板，能在嚴苛的工作環(huán)境下具有較高使用壽命及更高可靠性，使電機動力系統(tǒng)中運行更加安全可靠。因此在汽車震動器、減震器、發(fā)動機上面采用氮化硅陶瓷基板具備更好的可靠性。更多氮化硅陶瓷基板的問題可以咨詢金瑞欣特種電路。