Керамические подложки Si3N4 DBC и AMB
С развитием полупроводников с широкой полосой пропускания, силовые полупроводниковые приборы с более высокой плотностью мощности, более высокая температура чипа и более высокая надежность направления развития, и соответственно к упаковке силового полупроводникового модуля выдвигаются более высокие требования. Включая наш предыдущий разговор об отсутствии припоя, никаких соединительных проводов и других тенденций в области межсетевых технологий., Выбор изоляционной подложки также стал частой темой обсуждения..
Для улучшения тепловых характеристик модуля, между чипом и объединительной платой необходимо разместить изолирующую подложку с высокой теплопроводностью. Основным методом построения межсоединений цепей на изолирующих подложках является DBC. (Медь прямого соединения), в котором керамический изоляционный слой – с очень хорошей электроизоляцией и диэлектрической прочностью – приклеивается непосредственно между двумя слоями меди. Эти подложки обычно выбираются в зависимости от применения и их термических свойств., механические и электрические изоляционные свойства.
Ранее мы также кратко побеседовали об изоляционных подложках.
Силовой модуль I – Изолированная подложка и силовой модуль II – Металлизация изолированной подложки
Обычные изолирующие материалы подложки включают оксид алюминия. (Al2O3 и HPS, легированные 9% цирконий), нитрид алюминия (AlN), нитрид кремния (Si3N4), так далее. Из их, Al2O3 – самый экономичный. Al2O3 считается наиболее экономичным выбором., хотя он имеет относительно высокую механическую прочность, но по сравнению с другими материалами, теплопроводность намного слабее, относительно менее пригоден для разработки последующих силовых устройств; AlN имеет более высокую теплопроводность., КТР и кремний практически одинаковы, эффективно уменьшая расслоение, усталость припоя и другие проблемы, но механической прочности термического цикла в большем недостаточно, чтобы иметь преимущество. Si3N4 CTE также очень близок к полупроводниковому чипу., обеспечивая при этом хорошую механическую прочность и термическую усталость, но стоимость и предложение, условно говоря, “слабое место”, но сейчас мы находимся в высокопроизводительном модуле, который все еще очень распространен, использование подложек из нитрида кремния в будущем должно стать более распространенным.
Недавно друг поделился статьей Роджерса о сравнении DBC и AMB из нитрида кремния..
«Сравнение подложек из нитрида кремния DBC и AMB для различных применений в силовой электронике»’
Основываясь на этом, поговорим еще немного об изоляционных подложках.
Нитрид кремния ДБК и АМБ
ДБК (Медь прямого соединения) и АМБ (Активированная пайка металла) технологии являются двумя наиболее распространенными на сегодняшний день процессами укладки меди на подложки., а ниже представлена простая схема двух производственных процессов..
Основной принцип DBC заключается во введении кислорода между медью и керамической подложкой с образованием эвтектической жидкой фазы Cu/O при температуре около 1000°C., который, в свою очередь, прилипает к керамической подложке. тем не мение, AlN и Si3N4, например, требуют слоя окисления на их поверхности, прежде чем можно будет выполнить традиционный процесс DBC..
Основной принцип АМБ заключается в том, что припой, содержащий активные элементы Ti и Zr, смачивается и вступает в реакцию на границе раздела керамики и металла при температуре 900°C., что приводит к сближению.
Изображение интерфейса сканирования электронного микроскопа SEM, показанное выше, позволяет нам более четко видеть каждый слой..
Характеристики керамической подложки Si3N4
И мы видим, что при прочих равных условиях, термическое сопротивление Si3N4 с ДБК и АМБ тоже практически одинаково.
Тепловой удар
Чтобы понять надежность нескольких различных керамических подложек, они характеризуются и сравниваются с помощью испытаний на термический удар, ниже приведены сравнения AlN, Al2O3, ГЭС, Si3N4 (ДБК & С УЧАСТИЕМ).
Мы видим, что в тех же условиях, подложка Si3N4 DBC 20 раз более устойчив к тепловому удару, чем обычная подложка Al2O3 DBC, и его подложка AMB (0.5слой меди мм) больше чем 50 раз более устойчивый.
Электрические характеристики изоляции
Несколько керамических подложек были протестированы на частичный разряд и пробойную прочность при следующих условиях:: 50Гц переменного тока на шаровом электроде, 1скорость изменения кВ/с, измерение частичного разряда при 5 кВ и повышение напряжения до тех пор, пока не произойдет пробой. Результаты теста следующие.
Электроизоляционные свойства всех керамических подложек довольно хорошие., поэтому мы обычно не слишком много говорим о последствиях этого.
Рекомендации по макету
Керамические подложки Si3N4 DBC и AMB
Изоляционный зазор керамических подложек AMB должен быть немного больше, чем у DBC., и необходимый процесс травления для удаления припоя ограничивает минимальный размер в этом отношении.. Необходимость высокой плотности мощности означает более высокие токи., и AMB позволяет использовать более толстые медные слои (0.3мм до 0,8 мм), то есть. способность иметь более высокую пропускную способность по току.
Ниже представлена карта областей применения, связанных с напряжением изоляции и теплопроводностью керамических подложек, приведенных в статье.
А также преимущества и недостатки характеристик различных керамических подложек и соответствующее сравнение соответствующих применений..
Краткое содержание
Содержание сосредоточено на понимании свойств керамических подложек Si3N4 DBC и AMB и сравнении их с несколькими основными керамическими подложками.. Как и все, по сути, в игру вступает один ключевой фактор, “расходы”, и чаще всего мы видим традиционные подложки Al2O3 DBC или подложки HPS, легированные 9% цирконий для повышения механической прочности. Подложки Si3N4 DBC или AMB можно найти только в тех регионах, где существует компромисс между лучшими характеристиками и стоимостью..
Керамические подложки Si3N4 DBC и AMB
