如何在Si3N4陶瓷金屬化并提高金屬化層的界面強(qiáng)度？

當(dāng)前大功率半導(dǎo)體器件在高速鐵路系統(tǒng)、電氣控制、風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電、電動汽車、電力控制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，半導(dǎo)體器件正朝著高功率、高頻和集成化方向發(fā)展，高功率和高密度往往會導(dǎo)致嚴(yán)重的散熱問題。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，高達(dá)55%的功率器件故障是由熱量引起的，如器件性能惡化、結(jié)構(gòu)損壞等。器件的性能與其結(jié)構(gòu)設(shè)計、封裝材料的選擇和制造工藝密切相關(guān)。其中基板材料的選擇對器件的成本、性能和可靠性有直接影響。

目前，市場上最常見的基板是金屬和陶瓷基板。然而，金屬基板中隔熱層的低導(dǎo)熱性使其越來越難以滿足電力電子元件的發(fā)展要求。陶瓷基板在電力電子器件中越來越普遍。常見的陶瓷基板材料有氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AIN）和氮化（Si3N4）。

Si3N4的熱膨脹系數(shù)與SiC相容，Si3N4展現(xiàn)出卓越的機(jī)械性能，其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性均超過AlN兩倍以上。因此，它可以顯著提高電力電子基板在功率循環(huán)和熱沖擊環(huán)境下的機(jī)械可靠性。使用AMB工藝制備的Si3N4陶瓷板具有更高的載流能力。

Si3N4陶瓷在半導(dǎo)體絕緣基板材料中提供了散熱性能、可靠性和電性能的最佳組合。然而，Si3N4陶瓷基板的表面金屬化技術(shù)不如直接鍵合銅（DBC）和直接鍵合氧化鋁（DBA）技術(shù)中的Al2O3或AlN陶瓷等對應(yīng)技術(shù)成熟。因此，如何在Si3N4陶瓷表面實現(xiàn)金屬化并提高金屬化層的界面強(qiáng)度已成為許多研究人員的重點方向。