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パワーエレクトロニクス技術の急速な発展、特に高電圧、大電流、高周波 IGBT モジュールなどのパワー半導体デバイスの幅広い用途に伴い、セラミック銅被覆基板に対する要件がさらに厳しくなっています。窒化アルミニウム (AlN) は、高い熱伝導率、低い誘電率、優れた機械的特性を備えたセラミック材料の一種であり、高性能セラミックの銅被覆基板を作製するのに理想的な選択肢です。ただし、窒化アルミニウム基板

の表面特性により、銅や酸化銅がその上に濡れて広がるのが難しく、DBC (直接接合銅) プロセスへの直接適用は制限されます。したがって、窒化アルミニウムセラミック銅クラッドプレートの効率的な製造プロセスを探索し、その性能を最適化することが現在の研究の焦点となっている[3]。

窒化アルミニウム DBC 調製プロセスの課題と解決策: 窒化アルミニウムの表面特性により、銅との直接接合が困難になります。窒化アルミニウム表面に緻密で均一なアルミナ複合層を形成することにより、窒化アルミニウム表面の銅および酸化銅の濡れ性を大幅に向上させることができます。 DBC プロセスは銅とアルミナの共晶結合を利用し、連続炉焼結によりセラミックスと銅箔の強固な結合を実現します。

AMB プロセスの紹介と利点: DBC プロセスの改良として、AMB (活性金属ろう付け) プロセスでは、ろう材内の活性元素 (Ti など) を使用してセラミックと反応させ、反応層を生成します。 (TiN など) は液体フィラー金属によって湿らせることができるため、セラミックと銅箔の結合力が強化されます。 AMB プロセスでは活性金属の酸化を防ぐために真空焼結が必要であり、プロセスは複雑になりますが、結合力はより強く、信頼性は高くなります。

DBC プロセスと AMB プロセスの比較: DBC プロセスは 1 ステップの銅エッチングを使用しますが、AMB プロセスは 1 ステップの銅エッチングと 1 ステップの TiN エッチングで構成され、後者のプロセスはより困難です。しかし、AMB-AlN の結合力は DBC-AlN よりも優れており、より高い信頼性と性能を示しています [18]。

窒化アルミニウムセラミック銅被覆基板の性能最適化の方向性: パワー半導体デバイスの発展に伴い、セラミック銅被覆基板の性能要件は常に向上しています。窒化アルミニウムセラミックの強度を改善し、より高い信頼性、耐熱性、および電流容量を達成するために製造プロセスをさらに最適化することは、その後の研究の重要な方向性である[22]。

要約すると、窒化アルミニウムセラミック銅クラッド板の製造プロセスは、活性金属ろう付けおよび真空焼結技術の導入により、DBCからAMBへの進化を経験し、窒化アルミニウム表面の濡れ性の問題を効果的に解決し、結合力を大幅に向上させました。セラミックと銅箔の全体的な信頼性。しかし、パワー半導体デバイス技術の継続的な進歩に伴い、セラミック銅で覆われた基板の性能要件も増加しています。したがって、将来の研究では、高電圧、高電流、高周波IGBTモジュールなどの高性能パワー半導体デバイスのパッケージングのニーズを満たすために、製造プロセスのさらなる最適化と窒化アルミニウムセラミックの強度の向上に焦点を当て、持続可能な開発を促進する必要があります。パワーエレクトロニクス技術の発展。