En la actualidad, la voz de proteger el medio ambiente y ahorrar energía está aumentando, lo que hace que los nuevos vehículos eléctricos de energía nacionales sean más preocupados. Los dispositivos de embalaje de alta potencia juegan un papel decisivo en la regulación de la velocidad del vehículo y el almacenamiento para convertir AC y DC. El ciclo térmico de alta frecuencia presenta requisitos estrictos sobre la disipación de calor del envasado electrónico, y la complejidad y la diversidad del entorno de trabajo requieren que el material de envasado tenga una buena resistencia al choque térmico y una alta fuerza para desempeñar un papel de apoyo. Además, con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica de potencia moderna, que se caracteriza principalmente por alto voltaje, alta corriente y alta frecuencia, la eficiencia de disipación de calor de los módulos de potencia aplicados en esta tecnología se ha convertido en la clave. El material de sustrato de cerámica en el sistema de envasado electrónico es la clave para la disipación eficiente de calor, y también debe tener alta resistencia y alta fiabilidad para hacer frente a la complejidad del entorno de trabajo. En los últimos años, los sustratos de cerámica que han sido producidos en masa y ampliamente utilizados son principalmente: AL2O3, Beo, SIC, SI3N4, ALN, etc.
Propiedades de diferentes tipos de sustratos de cerámica (Fuente: Liao Shengjun. Preparación y propiedades de materiales cerámicos de nitruro de silicio para sustrato
Al2O3 debido a su simple proceso de preparación, buen aislamiento y alta resistencia a la temperatura, actualmente ocupa una posición importante en la industria del sustrato de disipación de calor. Sin embargo, la baja conductividad térmica de AL2O3 no puede cumplir con los requisitos de desarrollo de los dispositivos de alta potencia y de alto voltaje, y solo es adecuada para entornos de trabajo con bajos requisitos de disipación de calor, y debido a la baja resistencia a la flexión, el rango de aplicación de la cerámica AL2O3 Como sustrato de disipación de calor también es limitado.
Aunque el sustrato cerámico BeO tiene una alta conductividad térmica y una baja constante dieléctrica para cumplir con los requisitos de la disipación de calor eficiente, pero debido a su toxicidad, tiene un impacto en la salud de los trabajadores y no es propicio para la aplicación a gran escala.
La cerámica de ALN tiene una alta conductividad térmica y se consideran materiales candidatos para sustratos de disipación de calor. Sin embargo, la cerámica de ALN tiene una resistencia de choque térmico deficiente, fácil delicrescente, baja resistencia y dureza, lo que no es propicio para trabajar en un entorno complejo y es difícil garantizar la confiabilidad de su aplicación.
La cerámica SIC tiene una alta conductividad térmica, pero debido a su alta pérdida dieléctrica y bajo voltaje de descomposición, no es propicio para la aplicación de un entorno de trabajo de alta frecuencia y alto voltaje.
El nitruro de silicio se reconoce como el mejor material de sustrato cerámico con alta conductividad térmica y alta confiabilidad en el hogar y en el extranjero. Aunque la conductividad térmica del sustrato cerámico SI3N4 es ligeramente menor que la de ALN, su resistencia a la flexión y resistencia a la fractura pueden alcanzar más del doble que la de ALN. Al mismo tiempo, la conductividad térmica de la cerámica SI3N4 es mucho mayor que la de la cerámica Al2O3. Además, el coeficiente de expansión térmica del sustrato cerámico SI3N4 está cerca del del sustrato semiconductor de tercera generación, lo que hace que sea más estable coincidir con el material de cristal SIC. Esto hace que SI3N4 sea el material preferido para sustratos de conductividad térmica alta para dispositivos de potencia semiconductores SIC de tercera generación.
