Керамическая подложка AMB | Новая тенденция применения высококачественной подложки модуля IGBT
Керамическая облицовка IGBT представляет собой новую технологическую технологию, среди которой керамическая облицовка технологического процесса AMB применяется в модулях IGBT новых энергетических транспортных средств. Теплоотдача IGBT очень важна для производительности силовых модулей. В настоящее время большинство отечественных IGBT-модулей по-прежнему используют процесс DBC, но с постоянным улучшением требований к рабочему напряжению и производительности, керамическая подложка технологии процесса AMB может лучше решить вышеуказанные болевые точки.
Преимущества керамических подложек AMB в приложениях IGBT
В зависимости от материала подложки он в основном делится на оксид алюминия (Al2O3), нитрид алюминия (AlN) и нитрид кремния (Si3N4). В зависимости от различных процессов нанесения медного покрытия и последующего травления керамической подложки наиболее распространенные в настоящее время керамические подложки для рассеивания тепла делятся на HTCC, LTCC, DBC, DPC, AMB и т. д. Процесс AMB постепенно стал основным применением благодаря своей большей надежности. Среди них керамические подложки Al2O3 в основном используют процесс DBC, керамические подложки AlN в основном используют процессы DBC и AMB, а керамические подложки Si3N4 в основном используют процесс AMB.
Технология пайки активным металлом (AMB) представляет собой дальнейшее развитие технологии пайки прямым припоем (DBC). Керамическая подложка AMB использует активный металлический припой, содержащий небольшое количество активных элементов, для сварки медной фольги и керамической подложки. Активный припой готовят путем добавления редкоземельных элементов, таких как Ti, Zr, Hf, V, Nb или Ta, к обычному металлическому припою. Благодаря высокой активности редкоземельных элементов они могут улучшить смачиваемость припоя на керамике после плавления, так что керамическую поверхность можно приварить к металлу без металлизации.
В настоящее время в IGBT-упаковке в основном используется керамическая подложка DBC, причина в том, что DBC имеет большую толщину металлического слоя (обычно 100 ~ 600 мкм), обладает характеристиками большой токопроводимости, хорошей термостойкостью и высокой надежностью, а также высокой прочностью связывания (хорошая устойчивость к тепловому удару) и другими характеристиками. Однако при эксплуатации керамических подложек DBC при высоких температурах часто возникает повышенное тепловое напряжение из-за разницы в коэффициенте теплового расширения меди и керамики, что приводит к отслаиванию слоя меди от керамической поверхности. Поэтому традиционная керамическая подложка DBC с трудом удовлетворяет требованиям к упаковке отличается высокой температурой, высокой мощностью, высоким тепловыделением и высокой надежностью.
Напротив, технология AMB обеспечивает соединение керамики из нитрида алюминия и нитрида кремния с медными листами. По сравнению с подкладкой DBC, она имеет лучшую теплопроводность/прочность/надежность соединения медного слоя и т. д., что может значительно повысить надежность керамических подложек. Она больше подходит для сценариев применения с высокой мощностью и высоким током и постепенно стала основным типом применения плат теплоотвода для модулей IGBT среднего и высокого класса. Она широко используется в автомобильной отрасли, аэрокосмической отрасли, железнодорожном транспорте и промышленных электросетях. Согласно информации, компании STMicroelectronics, BYD Semiconductor и Times Electric определили технический путь использования подложек из нитрида кремния AMB в транспортных средствах.
Преимущества использования керамических подложек AMB-SiN:высокая теплопроводность, высокая токопроводящая способность и низкий коэффициент теплового расширения. Ожидается, что их превосходные характеристики станут новой тенденцией в применении подложек силовых устройств IGBT и SiC.
Развитие рынка керамических подложек AMB
С тех пор как компания SiCMOS начала поставлять инверторы главного привода, из-за большей площади SiCMOS, необходимой для инвертора, производительность керамических корпусов быстро возросла. Ожидается, что в 2025 году количество моделей из карбида кремния будет быстро расти, а производство новых энергетических транспортных средств станет самой востребованной областью для керамических подложек AMB: Tesla обладает самым большим количеством модулей из карбида кремния в мире. Model3 начала заменять IGBT в качестве инверторных устройств питания на стандартные модули MOSFET из карбида кремния. В модулях из карбида кремния должны использоваться керамические упаковочные материалы AMB-нитрида кремния.
Керамические подложки AMB обладают превосходной теплопроводностью и прочностью на изгиб и в настоящее время используются в корпусах мощных IGBT-модулей в промышленной сфере, например, в электросетях и электропоездах. Кроме того, в модулях IGBT на основе Si постепенно внедряются керамические покрытия AMB для замены оригинальных керамических покрытий DBC в железнодорожном транспорте, промышленности и автомобилестроении, где предъявляются высокие требования к теплопроводности, надежности, высокой мощности и не предъявляются высокие требования к стоимости. Если принять во внимание расширение сектора новых энергетических транспортных средств в сочетании с постоянным ростом спроса в промышленном, военном и фотоэлектрическом секторах, то предполагается, что мировой спрос на субстраты АМБ достигнет около 9 млрд юаней в 2027 году.
Изготовление такого субстрата — непростая задача, потому что коэффициенты теплового расширения керамики и меди различны. Любая неосторожность во время обработки может привести к растрескиванию подложки или отпаданию медной фольги, поэтому вакуумная паяльная печь играет ключевую роль в обработке керамических подложек.Основные технологии, необходимые для его оборудования:
1. Равномерность температуры печи контролируется с точностью ±3°C.
2. Плоскостность стола материала в нагревательной камере должна контролироваться в пределах 0,1 мм при высокой температуре.
3. Усовершенствованная электрическая погрузочная машина AGV имеет точность позиционирования и точность повторного позиционирования менее 0,1 мм, что обеспечивает точную загрузку материала.
4. Эффективность обезжиривания системы составляет 99%, что позволяет эффективно удалять такие загрязнения, как припой, и обеспечивать качество сварки керамических подложек.
Будучи лидером отрасли в области термического оборудования, Dingli Technology имеет специальную сварочную лабораторию для национальной обороны, предоставляя клиентам решения по оборудованию + по процессам. В настоящее время она поставляет керамические производственные линии AMD многим ведущим компаниям, включая вакуумные паяльные печи, автоматические тележки для материалов AGV, интеллектуальные системы управления и контроля MES и т. д.
