Σύγκριση διεργασιών επιμετάλλωσης υποστρώματος με επένδυση χαλκού νιτριδίου αργιλίου για μονάδες IGBT

Πρώτον, αναλύοντας τον μηχανισμό διεπιφανειακής συγκόλλησης, η διαδικασία TFC βασίζεται στη μαλάκυνση της γυάλινης φάσης για την επίτευξη μηχανικής συγκόλλησης και διαβροχής μέσω της τυπωμένης πάστας χαλκού και της πυροσυσσωμάτωσης σε υψηλή{1} θερμοκρασία. η διαδικασία DPC βασίζεται κυρίως στη φυσική πρόσφυση μέσω της ψεκασμού ενός λεπτού στρώματος Ti/Cu και της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης για πάχυνση. Η διεργασία DBC επιτυγχάνει μεταλλουργική σύνδεση με αντίδραση Cu2O και Al2O3 σε υψηλές θερμοκρασίες για να σχηματίσει μια ευτηκτική δομή. ενώ η διεργασία AMB ενισχύει σημαντικά την αντοχή συγκόλλησης σχηματίζοντας ένα TiN και άλλα αντιδραστικά στρώματα στη διεπαφή χρησιμοποιώντας Ti-που περιέχει ενεργή συγκόλληση. Αυτή η διαφορά στον κεραμικό μηχανισμό επιμετάλλωσης είναι ο θεμελιώδης λόγος για τη διαφοροποίηση της απόδοσης των διαφορετικών διεργασιών.

Όσον αφορά την αντοχή αποφλοίωσης, η διεργασία AMB αποδίδει καλύτερα, με τη διεπιφανειακή ισχύ συγκόλλησης που φτάνει τα 25 MPa, σημαντικά υψηλότερη από τις διεργασίες DBC, TFC και DPC. Αυτό υποδηλώνει ότι στα συστήματα συγκόλλησης κεραμικού-σε-μετάλλου, η εισαγωγή ενεργών στοιχείων για την προώθηση των αντιδράσεων διεπιφανείας είναι μια σημαντική διαδρομή για τη βελτίωση της απόδοσης συγκόλλησης. Αντίθετα, η διαδικασία DPC, χωρίς αποτελεσματική μεταλλουργική στρώση συγκόλλησης, έχει σχετικά χαμηλή πρόσφυση, περιορίζοντας την εφαρμογή της σε περιβάλλοντα υψηλής- καταπόνησης.

Περαιτέρω ανάλυση από την άποψη της αξιοπιστίας του θερμικού κύκλου αποκάλυψε σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων υποστρωμάτων υπό συνθήκες θερμικού σοκ που κυμαίνονται από -55 μοίρες έως 150 μοίρες. Τα υποστρώματα DPC παρουσίασαν αποκόλληση διεπαφής σε σχετικά χαμηλές μετρήσεις κύκλων, ενώ τα υποστρώματα TFC και DBC παρουσίασαν διάφορους βαθμούς υποβάθμισης της αντοχής και μικρορωγμές μετά από μέτριες μετρήσεις κύκλων. Αντίθετα, το υπόστρωμα AMB διατήρησε σταθερή απόδοση μετά από 1500 κύκλους, που αποδίδεται κυρίως στο εύκαμπτο στρώμα μετάβασης στη διεπιφάνεια, μετριάζοντας αποτελεσματικά τη συγκέντρωση τάσεων που προκαλείται από ασυμφωνία θερμικής διαστολής. Αυτό το χαρακτηριστικό έχει σημαντική τιμή αναφοράς για το σχεδιασμό επιμεταλλωμένων κεραμικών εξαρτημάτων υψηλής αντοχής.

Οι δοκιμές κύκλου ισχύος ενίσχυσαν περαιτέρω τις διαφορές απόδοσης μεταξύ διαφορετικών διεργασιών. Υπό συνθήκες ποδηλασίας έως 1200A/3,3kV, το υπόστρωμα AMB θα μπορούσε να λειτουργεί σταθερά για περισσότερους από 70.000 κύκλους, διατηρώντας μια αξιόπιστη σχετική θερμική αντίσταση. Το υπόστρωμα DBC άρχισε να υποβαθμίζεται μετά από περίπου 40.000 κύκλους, ενώ τα υποστρώματα TFC και DPC απέτυχαν σε ακόμη πιο πρώιμο στάδιο. Αυτό δείχνει ότι σε εφαρμογές επιμεταλλωμένου κεραμικού περιβλήματος για ημιαγωγούς ισχύος, η σταθερότητα της δομής διεπαφής και η ικανότητα απομόνωσης θερμικής καταπόνησης είναι βασικοί παράγοντες που καθορίζουν τη διάρκεια ζωής.

Από πλευράς μηχανικής εφαρμογής, η επιμετάλλωση των υποστρωμάτων AlN όχι μόνο επηρεάζει την ηλεκτρική απόδοση, αλλά σχετίζεται επίσης άμεσα με τη μακροπρόθεσμη-αξιοπιστία της δομής συσκευασίας. Ειδικά σε τομείς όπως τα νέα ενεργειακά οχήματα, οι σιδηροδρομικές μεταφορές και τα έξυπνα δίκτυα, η ζήτηση για επιμεταλλωμένα κεραμικά ακριβείας και επιμεταλλωμένα κεραμικά για ηλεκτρικά εξαρτήματα συνεχίζει να αυξάνεται, θέτοντας υψηλότερες απαιτήσεις στη συνέπεια και την αξιοπιστία της διαδικασίας.

Επιπλέον, ενώ τα Κεραμικά εξαρτήματα από επιμεταλλωμένη αλουμίνα ακριβείας και τα κεραμικά επιμεταλλωμένα αλουμίνα εξακολουθούν να κατέχουν ένα συγκεκριμένο μερίδιο αγοράς σε εφαρμογές υψηλής Σε συνδυασμό με την τεχνολογία κατεργασίας ακριβείας για κεραμικά μέρη Αλουμίνας, μπορούν να ικανοποιηθούν πολύπλοκα δομικά σχέδια και απαιτήσεις συσκευασίας υψηλής ακρίβειας, διευρύνοντας περαιτέρω τα όρια εφαρμογής των κεραμικών υλικών επιμετάλλωσης.

Συνολικά, διαφορετικές διεργασίες επιμετάλλωσης για κεραμικά αλουμίνας ή νιτριδίου του αλουμινίου παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές στη δομή της διεπαφής, την αντοχή συγκόλλησης και την απόδοση θερμικού κύκλου. Μεταξύ αυτών, η διεργασία AMB, με τον εξαιρετικό μεταλλουργικό μηχανισμό συγκόλλησης και τις δυνατότητες εξουδετέρωσης της τάσης, επιδεικνύει ένα σαφές πλεονέκτημα σε εφαρμογές υψηλής{1} αξιοπιστίας. Στο μέλλον, καθώς οι συσκευές ισχύος εξελίσσονται προς υψηλότερες πυκνότητες ρεύματος και πιο απαιτητικές συνθήκες λειτουργίας, η βελτιστοποίηση των επιμεταλλωμένων κεραμικών και των σχετικών διεργασιών θα παραμείνει μια σημαντική ερευνητική κατεύθυνση