AMB 窒化ケイ素基板が SiC パワーデバイスのパッケージングに第一選択である理由

Oct 10 , 2024

パワーエレクトロニクス技術の急速な発展に伴い、優れた高温安定性、高エネルギー密度、低損失特性を備えた炭化ケイ素(SiC)パワーデバイスは、新エネルギー車、スマートグリッド、効率的なエネルギー変換分野で大きな応用可能性を示しています。ただし、SiC デバイスの性能上の利点を最大限に活用するには、適切なパッケージ基板を選択することが重要です。多くのセラミック基板タイプの中でも、活性金属ろう付け (AMB) 窒化ケイ素 (Si3N4) 基板 は、その独自の利点により、徐々に SiC パワーデバイスのパッケージングに推奨されるソリューションになりました。この論文の目的は、AMB セラミック基板、特に Si3N4-AMB 基板が傑出しており、高温、高出力、高放熱、高信頼性といった SiC パワー デバイスのパッケージング ニーズを満たす理由を探ることです

silicon nitride substrate for SiC power device packaging

パワーデバイスパッケージの中核部品であるセラミック基板の性能は、デバイス全体の性能に直接影響します。伝統的に、アルミナ (Al2O3) 基板 および 窒化アルミニウム (AlN) 基板 は、直接銅コーティング (DBC) プロセスによって金属化されており、広く使用されていますが、DBC プロセス固有の欠陥により、極端な条件下での用途は制限されています。具体的には、高温における銅とセラミックの熱膨張係数の不一致により、銅層が剥がれやすくなり、パッケージ構造の安定性と信頼性に影響を及ぼします

対照的に、活性金属ろう付け(AMB)技術は、活性ろう材を導入することにより銅とセラミック間のより強力な化学結合を実現し、界面の結合強度を大幅に高めます。この技術は、高温での DBC 基板の剥離の問題を克服するだけでなく、窒化ケイ素 (Si3N4) など、より高い熱伝導率と優れた機械的特性を備えたセラミック材料の使用を可能にします。 Si3N4 セラミックは、高硬度、高破壊靱性、優れた熱安定性、優れた熱伝導率により、AMB プロセスに最適です。

SI3N4-AMB 基板は、Si3N4 セラミックの優れた特性と AMB プロセスの高強度を組み合わせており、高温使用条件下で優れた信頼性を実証します。まず第一に、その高い熱伝導率により、デバイスの効果的な放熱が保証され、動作温度が低下し、デバイスの寿命が延びます。次に、Si3N4 の優れた機械的特性により、基板の曲げ強度と耐衝撃性が向上し、パッケージの堅牢性が向上します。最後に、AMB プロセスによって形成された緊密な溶接構造は、高温での熱応力によって引き起こされる界面の破損に効果的に抵抗でき、パッケージ構造の長期安定性を保証します。

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