ROGERS正在大规模生产可用于更高功率密度的新型Si3N4 AMB 基板

时间： 2021-08-17 来源：Rogers

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氮化硅 (Si₃N₄ ) 活性金属钎焊 (AMB) 基板，作为实现最高功率密度的工具，在多芯片功率模块中越来越受欢迎。这是因为它们具有出色的热性能和机械性能。然而，随着功率半导体在诸如电动汽车和储能等应用中的重要性日益增加，面临的成本和性能压力也不断加大，这需要不断地创新来满足市场的需求。幸运的是，新的Si₃N₄陶瓷原料现已上市，ROGERS正在利用其强大的合作伙伴网络大规模生产更高性能的Si₃N₄ AMB 基板。

Si₃N₄ 陶瓷微观结构的改进

Si₃N₄材料的固有属性特性表明其热导率可以超过200 W/mK。然而，诸多因素，包括原材料的纯度，尤其是氧含量的控制，β-Si₃N₄晶粒的取向和晶界处的玻璃相，限制了目前可用的Si₃N₄原料陶瓷基板的热导率。目前，市售产品在室温下的典型值介于 80 和 90 W/mK 之间。

Si₃N₄原料陶瓷基板的制造商正在努力提高导热性。有研究报道可以生产出热导率高达 177 W/mK的Si₃N₄原料陶瓷基板。此外，有文献报道优化工艺条件可以提高厚度方向而非面内方向的热导率。这些努力正在取得成效。最新结果表明，室温下 110 到 130 W/mK 范围内的热导率是可行的，不仅在实验室规模下，而且在批量生产条件下也是如此。此外，原料陶瓷基板的机械性能仍然非常好，弯曲强度的特征值在 600-700 MPa 范围内。

用于更高功率密度的新型Si₃N₄ AMB 基板

这些最新进展为电源模块的设计开辟了新的机遇。采用与现有功率模块中使用的陶瓷基板相同厚度的Si₃N₄ AMB 基板，可以实现热阻的降低。因此，模块制造商可以通过简单的更换插入式基板来升级现有模块的输出功率。无需重新设计封装，也不会产生额外的工具成本。组装和互连技术保持不变，因此可以非常及时地将新解决方案推向市场。

另一种看待它的视角是，利用这些具有更高热导率的基板来减少芯片面积，从而节省芯片成本。这对于碳化硅 (SiC) 模块来说尤其有吸引力，因为 SiC 器件比同类硅器件竞品贵得多，因此，也成为驱动模块成本的主要因素。此外，碳化硅技术很可能在未来几年取得重大进展。人们可以期待具有更低特定漏源导通电阻的新一代小型芯片很快就会上市。在这种情况下，陶瓷较高的热导率可以补偿较小的芯片面积。

最终，可以在不影响模块寿命的情况下实现更高的功率密度。更高的热导率不仅限制了芯片结温的升高，而且当基板暴露并且必须抵抗严酷的热循环条件时，其优异的机械性能是有利的。

处于基板开发前沿的ROGERS

作为金属化陶瓷基板的市场和技术领导者，ROGERS迅速找到了发挥此类创新产品商业和技术潜力的机会。ROGERS现在能够为其广泛的客户群提供具有改进热性能的Si₃N₄ AMB 基板。在进行最终认证的同时，首批样品已经可供客户评估。此外，可以进行热模拟以了解基板对客户应用的潜在效益。

ROGERS目前正在扩大 AMB 生产覆盖范围，以通过单一供应商提供全球最大的可用产能，以应对不断增长的市场需求。近 40 年来，ROGERS一直以其 curamik® 品牌致力于电力电子行业，并已准备好迎接未来几十年的挑战。