So sánh các quá trình kim loại hóa chất nền đồng mạ nhôm Nitride cho các mô-đun IGBT

Đầu tiên, khi phân tích cơ chế liên kết giữa các bề mặt, quy trình TFC dựa vào việc làm mềm pha thủy tinh để đạt được sự liên kết cơ học và liên kết ướt thông qua-mán đồng được in trên màn hình và quá trình thiêu kết ở nhiệt độ-cao; quy trình DPC chủ yếu dựa vào độ bám dính vật lý thông qua việc phún xạ một lớp mỏng Ti/Cu và mạ điện để làm dày; quy trình DBC đạt được liên kết luyện kim bằng cách cho Cu₂O và Al₂O₃ phản ứng ở nhiệt độ cao để tạo thành cấu trúc eutectic; trong khi quy trình AMB tăng cường đáng kể độ bền liên kết bằng cách hình thành TiN và các lớp phản ứng khác tại bề mặt tiếp xúc bằng chất hàn hoạt tính chứa Ti-. Sự khác biệt trong cơ chế gốm kim loại hóa này là lý do cơ bản cho sự khác biệt về hiệu suất của các quy trình khác nhau.

Về độ bền vỏ, quy trình AMB hoạt động tốt nhất, với cường độ liên kết bề mặt đạt 25 MPa, cao hơn đáng kể so với các quy trình DBC, TFC và DPC. Điều này chỉ ra rằng trong các hệ thống liên kết gốm-với-kim loại, việc đưa các phần tử hoạt động vào để thúc đẩy phản ứng bề mặt là một con đường quan trọng để cải thiện hiệu suất liên kết. Ngược lại, quy trình DPC thiếu lớp liên kết luyện kim hiệu quả nên có độ bám dính tương đối thấp, hạn chế ứng dụng trong môi trường-áp suất cao.

Phân tích sâu hơn từ góc độ độ tin cậy của chu trình nhiệt cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các chất nền khác nhau trong điều kiện sốc nhiệt từ -55 độ đến 150 độ. Chất nền DPC trải qua sự phân tách giao diện ở số chu kỳ tương đối thấp, trong khi chất nền TFC và DBC cho thấy mức độ suy giảm độ bền và vết nứt nhỏ khác nhau sau số chu kỳ vừa phải. Ngược lại, chất nền AMB duy trì hiệu suất ổn định sau 1500 chu kỳ, chủ yếu là nhờ lớp chuyển tiếp linh hoạt tại bề mặt tiếp xúc, giảm thiểu hiệu quả nồng độ ứng suất gây ra do sự giãn nở nhiệt không khớp. Đặc tính này có giá trị tham khảo quan trọng cho việc thiết kế các thành phần gốm kim loại có độ bền cao.

Các thử nghiệm đạp xe tăng cường hơn nữa sự khác biệt về hiệu suất giữa các quy trình khác nhau. Trong điều kiện đạp xe lên tới 1200A/3,3kV, chất nền AMB có thể hoạt động ổn định trong hơn 70.000 chu kỳ, duy trì khả năng chịu nhiệt tương đối đáng tin cậy. Chất nền DBC bắt đầu xuống cấp sau khoảng 40.000 chu kỳ, trong khi chất nền TFC và DPC thậm chí còn thất bại ở giai đoạn sớm hơn. Điều này cho thấy rằng trong các ứng dụng Vỏ gốm kim loại hóa cho Chất bán dẫn điện, độ ổn định của cấu trúc giao diện và khả năng đệm ứng suất nhiệt là những yếu tố chính quyết định tuổi thọ.

Từ góc độ ứng dụng kỹ thuật, quá trình kim loại hóa chất nền AlN không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất điện mà còn liên quan trực tiếp đến độ tin cậy-lâu dài của cấu trúc bao bì. Đặc biệt trong các lĩnh vực như phương tiện sử dụng năng lượng mới, vận tải đường sắt và lưới điện thông minh, nhu cầu về Gốm kim loại chính xác và Gốm kim loại hóa cho linh kiện điện tiếp tục tăng, đặt ra yêu cầu cao hơn về tính nhất quán và độ tin cậy của quy trình.

Hơn nữa, mặc dù các Thành phần gốm Alumina kim loại hóa chính xác và Gốm kim loại hóa Alumina vẫn giữ một thị phần nhất định trong các ứng dụng-có độ chính xác cao, nhưng lợi thế về hiệu suất tổng thể của chất nền AlN sẽ rõ ràng hơn trong các trường hợp-công suất cao. Kết hợp với công nghệ gia công chính xác cho các bộ phận gốm Alumina, có thể đáp ứng các thiết kế kết cấu phức tạp và-yêu cầu đóng gói có độ chính xác cao, mở rộng hơn nữa ranh giới ứng dụng của vật liệu kim loại hóa gốm.

Nhìn chung, các quá trình kim loại hóa khác nhau đối với gốm alumina hoặc nhôm nitrit thể hiện sự khác biệt đáng kể về cấu trúc bề mặt, độ bền liên kết và hiệu suất chu trình nhiệt. Trong số đó, quy trình AMB, với cơ chế liên kết luyện kim tuyệt vời và khả năng giảm ứng suất, thể hiện lợi thế rõ ràng trong các ứng dụng có độ tin cậy cao. Trong tương lai, khi các thiết bị điện phát triển theo hướng mật độ dòng điện cao hơn và điều kiện hoạt động đòi hỏi khắt khe hơn, việc tối ưu hóa gốm kim loại và các quy trình liên quan sẽ vẫn là hướng nghiên cứu quan trọng.