氮化硅陶瓷基板高功率模塊的“戰(zhàn)斗機(jī)”

氮化硅陶瓷基板具有硬度大、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動(dòng)小、抗氧化性能好、熱腐蝕性能好，因而有它獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。氮化硅陶瓷基板在半導(dǎo)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(yīng)用于電動(dòng)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(yīng)用主要是哪些領(lǐng)域呢？

在覆銅過程中，因?yàn)榻饘巽~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(yīng)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(huì)陸續(xù)地在陶瓷基板上產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此經(jīng)過漫長時(shí)間使用后在基板內(nèi)部很容易有微小的裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)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(hào)等需要高可靠性的配件支持。

汽車震動(dòng)器，屬于頻繁震動(dòng)的半導(dǎo)體器件模塊，當(dāng)半導(dǎo)體功率模塊使用在車輛等存在頻繁震動(dòng)的移動(dòng)設(shè)施上，力學(xué)性能不足的陶瓷基板容易出現(xiàn)斷裂，降低了半導(dǎo)體功率模塊在使用過程中的可靠性。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通常使用240K-500K的熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生裂紋，在經(jīng)歷了500次熱循環(huán)之后會(huì)發(fā)生銅電路的脫落，不能夠滿足電動(dòng)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(jī)械強(qiáng)度很高，硬度大、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕動(dòng)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(qiáng)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(dǎo)熱氮化硅陶瓷基板主要的供應(yīng)商有美國羅杰斯公司和日本東芝公司，其生產(chǎn)的高導(dǎo)熱氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率均能達(dá)到90W·m-1·K-1，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性也分別能達(dá)到650MPa和6.5MPa·m1/2左右。

氮化硅陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其抗彎強(qiáng)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(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)和高抗熱震性等優(yōu)點(diǎn)，更加適合于大功率半導(dǎo)體功率模塊的應(yīng)用實(shí)況，特別是應(yīng)用在有振動(dòng)場合的功率模塊制備。高機(jī)械（抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性）強(qiáng)度的氮化硅基板，能在嚴(yán)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(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中運(yùn)行更加安全可靠。因此在汽車震動(dòng)器、減震器、發(fā)動(dòng)機(jī)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。