Ewolucja energoelektroniki napędzanej pojazdami elektrycznymi (EV) i energią odnawialną wymaga substratów, które wytrzymają ekstremalną moc, ciepło i stres. Dla kierowników ds. zakupów i inżynierów projektujących wybór pomiędzy technologią Direct Bonded Copper (DBC) , Direct Plated Copper (DPC) i aktywnym lutowaniem metali (AMB) jest decyzją krytyczną wpływającą na wydajność, niezawodność i koszty. W tym kompleksowym przewodniku porównano trzy kluczowe technologie metalizacji, aby pomóc Ci wybrać optymalną podstawę dla modułu mocy.
Trendy technologiczne i perspektywy na przyszłość
Dominacja AMB w elektryfikacji motoryzacji
Przejście na architekturę EV 800 V i zastosowanie urządzeń SiC sprawia, że Si₃N₄ AMB jest de facto standardem dla głównych modułów mocy falowników. Jego odporność na pękanie ma kluczowe znaczenie dla przetrwania trudnych wibracji i środowiska termicznego.
Projekty podłoża hybrydowego i osadzonego
Aby zoptymalizować koszty i wydajność, inżynierowie łączą technologie — wykorzystując DPC do logiki sterowania o precyzyjnym skoku na tym samym podłożu, na którym AMB obsługuje obszary o dużej mocy, lub osadzając komponenty pasywne w strukturach z metalizowanej ceramiki .
Naciskaj na działanie w wyższej temperaturze
Wraz ze wzrostem temperatury złącza w przypadku półprzewodników WBG, badana jest stabilność wiązania miedź-ceramika w temperaturze >200°C. To napędza prace badawczo-rozwojowe w zakresie materiałów i procesów, szczególnie w zakresie spoiw AMB i przygotowania powierzchni ceramicznych.
Często zadawane pytania (FAQ)
P: Czy DBC można wykonać na azotku krzemu (Si₃N₄)?
Odp.: Tradycyjny DBC jest bardzo trudny w przypadku Si₃N₄ ze względu na jego stabilność chemiczną. Jest to kluczowy powód, dla którego opracowano AMB — aktywny metal w lutowiu (np. Tytan) może reagować i wiązać się z Si₃N₄, odblokowując jego doskonałe właściwości mechaniczne dla modułów mocy.
P: Czy AMB jest zawsze droższe niż DBC?
Odp.: Tak, surowce (folia lutownicza) i proces (piec próżniowy) są droższe. Jednak w przypadku zastosowań o wysokiej niezawodności całkowity koszt posiadania (TCO) może być niższy ze względu na znacznie wydłużoną żywotność i zmniejszone ryzyko awarii w miejscu instalacji, co jest katastrofalne w zastosowaniach motoryzacyjnych lub przemysłowych.
P: Która technologia pozwala na największą personalizację projektu?
Odp.: DPC oferuje największą swobodę geometryczną — może tworzyć bardzo cienkie linie, małe przelotki i złożone struktury wielowarstwowe na jednym kawałku ceramiki. DBC i AMB są bardziej ograniczone przez proces trawienia grubych folii miedzianych, ale wyróżniają się pod względem przenoszenia mocy.
P: Jak wybrać pomiędzy AlN-AMB a Si₃N₄-AMB?
Odp.: Wybierz AlN-AMB, jeśli Twoim głównym wyzwaniem jest odprowadzanie ciepła z chipa o bardzo dużej gęstości mocy (przewodność cieplna ~180-200 W/mK). Wybierz Si₃N₄-AMB , jeśli Twój moduł jest narażony na duże obciążenia mechaniczne lub cykle termiczne, ponieważ Si₃N₄ ma znacznie wyższą odporność na pękanie i wytrzymałość na zginanie, aczkolwiek przy niższej przewodności cieplnej (~90 W/mK).
