Con il rapido sviluppo della tecnologia elettronica di potenza, in particolare l'ampia applicazione di dispositivi a semiconduttore di potenza come moduli IGBT ad alta tensione, alta corrente e alta frequenza, vengono imposti requisiti più rigorosi per i substrati ceramici ricoperti di rame. Essendo un tipo di materiale ceramico con elevata conduttività termica, bassa costante dielettrica e buone proprietà meccaniche, il nitruro di alluminio (AlN) è la scelta ideale per preparare substrati ceramici rivestiti in rame ad alte prestazioni. Tuttavia, le proprietà superficiali del substrato di nitruro di alluminio rendono difficile che il rame e gli ossidi di rame si bagnino e si diffondano su di esso, limitandone l'applicazione diretta ai processi DBC (rame legato direttamente). Pertanto, esplorare l'efficiente processo di preparazione della piastra rivestita in rame ceramico di nitruro di alluminio e ottimizzarne le prestazioni è diventato il focus della ricerca attuale.
Sfide e soluzioni per il processo di preparazione del DBC al nitruro di alluminio: le proprietà superficiali del nitruro di alluminio rendono difficile il legame diretto con il rame. La bagnabilità del rame e degli ossidi di rame sulla superficie del nitruro di alluminio può essere notevolmente migliorata formando uno strato composito di allumina denso e uniforme sulla superficie del nitruro di alluminio. Il processo DBC utilizza il legame eutettico di rame e allumina e realizza il saldo legame di ceramica e foglio di rame attraverso la sinterizzazione in forno a catena.
Introduzione e vantaggi del processo AMB: come miglioramento del processo DBC, il processo AMB (brasatura attiva dei metalli) utilizza l'elemento attivo nel metallo d'apporto (come Ti) per reagire con la ceramica per generare uno strato di reazione (come TiN) che può essere bagnato dal metallo d'apporto liquido, migliorando così la forza legante del foglio di ceramica e rame. Il processo AMB richiede la sinterizzazione sotto vuoto per prevenire l'ossidazione del metallo attivo e, sebbene la complessità del processo aumenti, la forza legante è più forte e l'affidabilità è maggiore.
Confronto tra i processi DBC e AMB: il processo DBC utilizza l'incisione su rame in una fase, mentre il processo AMB consiste in un'incisione su rame in una fase e un'incisione TiN in una fase, quest'ultimo processo è più difficile. Tuttavia, la forza legante di AMB-AlN è superiore a quella di DBC-AlN, mostrando affidabilità e prestazioni più elevate.
Direzione di ottimizzazione delle prestazioni della piastra rivestita in rame ceramico in nitruro di alluminio: con lo sviluppo di dispositivi a semiconduttore di potenza, i requisiti prestazionali del substrato rivestito in rame ceramico sono in costante miglioramento. Il miglioramento della resistenza delle ceramiche al nitruro di alluminio e l'ulteriore ottimizzazione del processo di preparazione per ottenere maggiore affidabilità, resistenza alla temperatura e capacità di trasporto di corrente sono direzioni importanti della ricerca successiva.
Per riassumere, il processo di preparazione della piastra rivestita in rame ceramico di nitruro di alluminio ha sperimentato l'evoluzione da DBC ad AMB, attraverso l'introduzione della tecnologia di brasatura attiva dei metalli e di sinterizzazione sotto vuoto, risolvendo efficacemente il problema della bagnabilità della superficie del nitruro di alluminio, migliorando significativamente la forza di adesione. e l'affidabilità complessiva della ceramica e del foglio di rame. Tuttavia, con il continuo progresso della tecnologia dei dispositivi a semiconduttore di potenza, stanno aumentando anche i requisiti prestazionali dei substrati ceramici ricoperti di rame. Pertanto, la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sull'ulteriore ottimizzazione del processo di preparazione e sul miglioramento della resistenza dei ceramici di nitruro di alluminio per soddisfare le esigenze di confezionamento di dispositivi a semiconduttore di potenza ad alte prestazioni come moduli IGBT ad alta tensione, alta corrente e alta frequenza, e promuovere lo sviluppo sostenibile della tecnologia dell'elettronica di potenza.
