由市场开发经理 Olivier Mathieu 发表
先进电子解决方案
氮化硅（Si3N4）活性金属钎焊（AMB）基板作为一种可以实现最高设计功率密度的工具，越来越多地用于多芯片功率模块。这是因为 Si3N4 AMB 基板具有优良的热学性能和机械性能。然而，随着功率半导体器件在电动汽车和蓄能等应用中变得日益重要，成本和性能方面的压力不断增加，所以需要进行创新，应对不断变化的市场需求。幸运的是，现在可以使用一种新型 Si3N4 陶瓷原料，而且罗杰斯正在充分利用其强大的合作伙伴网络，以便实现更高性能 Si3N4 AMB基板的大规模生产。
Si3N4 的固有材料特性意味着它的热导率可能超过200 W/mK。但是，目前可用的Si3N4 陶瓷原料的导热率受多种因素的限制，包括原材料的纯度，尤其是氧含量控制、β- Si3N4颗粒方向和颗粒边界处的玻璃相。现如今，在室温条件下，商用产品的典型值在 80 到 90 W/mK 之间。
Si3N4 陶瓷原料基板的制造商正在努力提高导热率。研究表明可以生产出导热率达到 177 W/mK的Si3N4 陶瓷基板[1]。而且，已经表明优化的工艺条件可以提高厚度方向上的导热率，这与水平方向截然不同[2]。这些努力取得成效。最新结果表明在室温条件下，在 110 和 130 W/mK 之间的导热率是可行的，不但是在实验室规模，而且在连续生产条件下亦是如此。另外，陶瓷基板的机械特性得到很好保持，同时抗弯强度的特征值保持在600-700 MPa。
这些最新进展为功率模块设计带来新的机遇。利用和现有功率模块使用相同的陶瓷厚度，即可降低热阻。因此，通过简单的基板更换，模块制造商即可提高现有模块的输出功率。无需重新设计封装，无额外的加工成本。因为装配和互连技术保持不变，所以新解决方案能够以非常高效的方式投放市场。
另一方面，这些具有更高导热率的基板的使用能够减少芯片面积，从而节省芯片成本。这可能很有趣，尤其是对于碳化硅（SiC）模块，这是因为 SiC 装置比硅制器件贵得多，所以成为这种模块的主要成本因素。另外，SiC技术可能在未来几年取得重大进步。人们可能期望新一代的具有更低漏极到源极电阻系数的更小芯片能够尽快上市。在这种情况下，陶瓷的高导热率能够补偿芯片的小面积。
最后，无需缩短模块的使用寿命即可实现更高的功率密度。高导热率不但会限制芯片节点温度的温升，而且当基板裸露且必须经得住恶劣的热循环条件时，优良的机械特性也是有益的。
作为金属化陶瓷基板的市场和技术领导者，罗杰斯很快发现了发挥这种创新产品的商业和技术潜力的机遇。罗杰斯目前能够为其广大客户群，提供具有更高热性能的 Si3N4 AMB 基板。虽然正在进行最终鉴定，已经可以获得首批样品进行客户评估。另外，可以进行热模拟，了解对于您的应用该基板具有的潜在优势。
作为对日益增加的市场需求的响应，我们目前正在扩大我们的 AMB 生产能力，从一个单一供应商扩大到能够在全球范围提供最大可用生产能力的供应商。利用其品牌 curamik®，已致力于电力电子行业将近40年，且做好应对未来几十年挑战的准备。
对于我们的基板，您有任何问题或需要更多信息么？若您需要任何帮助，则请联系我们。
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【1】Kusano 等人：High thermal conductivity silicon nitride substrates for power semiconductor applications (PCIM Europe 2016)
【2】Okuno 等人：Si3N4 substrates with anisotropic thermal conductivity suitable for power module applications (PCIM Europe 2021)
发布于 2021 年 8 月 2 日
