Die Entwicklung der Leistungselektronik, vorangetrieben durch Elektrofahrzeuge (EVs) und erneuerbare Energien, erfordert Substrate, die extremer Leistung, Hitze und Belastung standhalten. Für Beschaffungsmanager und Konstrukteure ist die Wahl zwischen den Technologien Direct Bonded Copper (DBC) , Direct Plated Copper (DPC) und Active Metal Brazing (AMB) eine entscheidende Entscheidung, die sich auf Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten auswirkt. Dieser umfassende Leitfaden vergleicht diese drei wichtigsten Metallisierungstechnologien, um Ihnen bei der Auswahl der optimalen Grundlage für Ihr Leistungsmodul zu helfen.
Technologietrends und Zukunftsaussichten
Die Dominanz von AMB für die Automobilelektrifizierung
Die Umstellung auf 800-V-EV-Architekturen und die Verwendung von SiC-Geräten machen Si₃N₄ AMB zum De-facto-Standard für Hauptwechselrichter-Leistungsmodule. Seine Bruchzähigkeit ist entscheidend, um den rauen Vibrationen und thermischen Umgebungen standzuhalten.
Hybride und eingebettete Substratdesigns
Um Kosten und Leistung zu optimieren, kombinieren Ingenieure Technologien – indem sie DPC für Fine-Pitch-Steuerlogik auf demselben Substrat verwenden, auf dem AMB Hochleistungsbereiche verwaltet, oder indem sie passive Komponenten in metallisierte Keramikstrukturen einbetten.
Drücken Sie auf „Hochtemperaturbetrieb“.
Da die Übergangstemperaturen bei WBG-Halbleitern steigen, steht die Stabilität der Kupfer-Keramik-Verbindung bei >200 °C auf dem Prüfstand. Dies treibt die Material- und Prozessforschung und -entwicklung voran, insbesondere bei AMB-Füllmetallen und der Vorbereitung von Keramikoberflächen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
F: Kann DBC auf Siliziumnitrid (Si₃N₄) durchgeführt werden?
A: Herkömmliches DBC ist auf Si₃N₄ aufgrund seiner chemischen Stabilität sehr schwierig. Dies ist ein Hauptgrund für die Entwicklung von AMB – das aktive Metall im Lot (z. B. Titan) kann mit Si₃N₄ reagieren und sich daran binden, wodurch seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften für Leistungsmodule freigesetzt werden.
F: Ist AMB immer teurer als DBC?
A: Ja, die Rohstoffe (Hartlotfolie) und der Prozess (Vakuumofen) sind teurer. Bei hochzuverlässigen Anwendungen können die Gesamtbetriebskosten (TCO) jedoch niedriger sein, da die Lebensdauer erheblich verlängert wird und das Risiko von Feldausfällen verringert wird, was in Automobil- oder Industrieumgebungen katastrophal ist.
F: Welche Technologie ermöglicht die meisten Designanpassungen?
A: DPC bietet die größte geometrische Freiheit – es kann sehr feine Linien, kleine Durchkontaktierungen und komplexe mehrschichtige Strukturen auf einem einzigen Keramikstück erzeugen. DBC und AMB sind durch den Ätzprozess dicker Kupferfolien stärker eingeschränkt, zeichnen sich jedoch durch eine hervorragende Belastbarkeit aus.
F: Wie entscheide ich zwischen AlN-AMB und Si₃N₄-AMB?
A: Wählen Sie AlN-AMB , wenn Ihre größte Herausforderung darin besteht, Wärme von einem Chip mit sehr hoher Leistungsdichte (Wärmeleitfähigkeit ~180–200 W/mK) abzuleiten. Wählen Sie Si₃N₄-AMB , wenn Ihr Modul starken mechanischen Belastungen oder thermischen Wechselbelastungen ausgesetzt ist, da Si₃N₄ eine viel höhere Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit aufweist, allerdings mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit (~90 W/mK).
