IGBTモジュール用の窒化アルミニウム銅クラッド基板メタライゼーションプロセスの比較

まず、界面結合メカニズムを分析すると、TFC プロセスはガラス相の軟化に依存し、スクリーン印刷された銅ペーストと高温焼結による機械的連動と湿潤結合を実現します。{0}{1} DPC プロセスは主に、Ti/Cu 薄層のスパッタリングと電気メッキによる厚み付けによる物理的接着に依存しています。 DBC プロセスは、Cu2O と Al2O3 を高温で反応させて共晶構造を形成することで冶金学的結合を実現します。一方、AMB プロセスは、Ti- 含有活性はんだを使用して界面に TiN およびその他の反応層を形成することにより、接合強度を大幅に向上させます。金属化セラミックのメカニズムにおけるこの違いが、異なるプロセスの性能の違いの根本的な理由です。

剥離強度の点では、AMB プロセスが最も優れており、界面結合強度は 25 MPa に達し、DBC、TFC、および DPC プロセスよりも大幅に高くなります。これは、セラミック-対-金属の接合システムでは、活性元素を導入して界面反応を促進することが接合性能を向上させる重要な手段であることを示しています。対照的に、DPC プロセスには効果的な冶金的結合層がないため、接着力が比較的低く、高応力環境での適用が制限されます。-。

熱サイクル信頼性の観点からのさらなる分析により、-55 度から 150 度の範囲の熱衝撃条件下でのさまざまな基板間の大きな違いが明らかになりました。 DPC 基板は比較的低いサイクル数で界面剥離が発生しましたが、TFC および DBC 基板は中程度のサイクル数の後にさまざまな程度の強度低下と微小亀裂を示しました。対照的に、AMB 基板は 1500 サイクル後も安定した性能を維持しました。これは主に界面の柔軟な遷移層に起因し、熱膨張の不一致によって引き起こされる応力集中を効果的に緩和しました。この特性は、高強度メタライズドセラミック部品の設計において重要な参考値となります。

パワーサイクルテストにより、異なるプロセス間のパフォーマンスの違いがさらに増幅されました。最大 1200A/3.3kV のサイクル条件下で、AMB 基板は 70,000 サイクル以上安定して動作し、信頼性の高い相対熱抵抗を維持できました。 DBC 基板は約 40,000 サイクル後に劣化し始めましたが、TFC および DPC 基板はさらに早い段階で故障しました。これは、パワー半導体用メタライズドセラミックハウジングの用途において、界面構造の安定性と熱応力緩衝能力が寿命を決定する重要な要素であることを示しています。

エンジニアリング用途の観点から見ると、AlN 基板のメタライゼーションは電気的性能に影響を与えるだけでなく、パッケージ構造の長期信頼性にも直接関係します。{0}特に新エネルギー自動車、鉄道輸送、スマートグリッドなどの分野では、精密メタライズドセラミックスや電子部品用メタライズドセラミックスの需要が拡大し続けており、プロセスの一貫性と信頼性に対する要求が高まっています。

さらに、精密メタライズド アルミナ セラミック コンポーネントとアルミナメタライズド セラミックは、高精度アプリケーションにおいて依然として一定の市場シェアを保持していますが、AlN 基板の全体的な性能上の利点は、高電力シナリオでより顕著になります。-アルミナ セラミック部品の精密機械加工技術と組み合わせることで、複雑な構造設計と高精度のパッケージング要件を満たすことができ、セラミック メタライゼーション材料の応用範囲をさらに拡大できます。-

全体として、アルミナまたは窒化アルミニウムセラミックの異なるメタライゼーションプロセスは、界面構造、結合強度、および熱サイクル性能に大きな違いを示します。中でも、優れた冶金的接合メカニズムと応力緩衝機能を備えた AMB プロセスは、高信頼性アプリケーションにおいて明らかな利点を発揮します。-将来、パワーデバイスがより高い電流密度とより厳しい動作条件に向けて進化するにつれて、メタライズドセラミックスと関連プロセスの最適化は引き続き重要な研究方向となるでしょう。