IGBT 모듈의 질화알루미늄 동박 기판 금속화 공정 비교

첫째, 계면 결합 메커니즘을 분석하면 TFC 공정은 유리상의 연화에 의존하여 스크린-인쇄 구리 페이스트와 고온-소결을 통해 기계적 연동 및 습윤 결합을 달성합니다. DPC 공정은 주로 Ti/Cu 박층을 스퍼터링하고 두꺼워지기 위한 전기도금을 통한 물리적 접착에 의존합니다. DBC 공정은 Cu2O와 Al2O₃를 고온에서 반응시켜 공융 구조를 형성함으로써 야금학적 결합을 달성합니다. AMB 공정은 Ti-함유 활성 솔더를 사용하여 인터페이스에 TiN 및 기타 반응층을 형성함으로써 결합 강도를 크게 향상시킵니다. 금속화 세라믹 메커니즘의 이러한 차이는 다양한 공정의 성능 차별화에 대한 근본적인 이유입니다.

박리 강도 측면에서 AMB 공정은 계면 결합 강도가 25 MPa에 달해 DBC, TFC 및 DPC 공정보다 훨씬 높은 성능을 발휘합니다. 이는 세라믹{2}}대-금속 결합 시스템에서 계면 반응을 촉진하기 위해 활성 요소를 도입하는 것이 결합 성능을 향상시키는 중요한 경로임을 나타냅니다. 이와 대조적으로, 효과적인 야금 결합층이 부족한 DPC 공정은 상대적으로 접착력이 낮아 스트레스가 높은 환경에서의 적용이 제한됩니다.-

열 순환 신뢰성 관점에서 추가 분석을 수행한 결과 -55도에서 150도 사이의 열 충격 조건에서 다양한 기판 간에 상당한 차이가 있는 것으로 나타났습니다. DPC 기판은 상대적으로 낮은 사이클 횟수에서 인터페이스 박리를 경험한 반면, TFC 및 DBC 기판은 중간 정도의 사이클 횟수 후에 다양한 정도의 강도 저하 및 미세 균열을 나타냈습니다. 대조적으로, AMB 기판은 1500 사이클 후에도 안정적인 성능을 유지했는데, 이는 주로 인터페이스의 유연한 전이층에 기인하여 열팽창 불일치로 인한 응력 집중을 효과적으로 완화했습니다. 이 특성은 고강도 금속화 세라믹 부품 설계에 중요한 기준 값입니다.

전원 사이클링 테스트는 다양한 프로세스 간의 성능 차이를 더욱 증폭시켰습니다. 최대 1200A/3.3kV의 사이클링 조건에서 AMB 기판은 70,000사이클 이상 안정적으로 작동하여 신뢰할 수 있는 상대 열 저항을 유지할 수 있습니다. DBC 기판은 약 40,000사이클 후에 품질이 저하되기 시작했으며, TFC와 DPC 기판은 훨씬 더 이른 단계에서 파손되었습니다. 이는 전력반도체용 금속 세라믹 하우징의 적용에 있어 인터페이스 구조의 안정성과 열응력 완충 능력이 수명을 결정하는 핵심 요소임을 나타냅니다.

엔지니어링 애플리케이션 관점에서 볼 때 AlN 기판의 금속화는 전기적 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라 패키징 구조의 장기적인 신뢰성과-직접적으로 관련됩니다. 특히 신에너지 차량, 철도 운송, 스마트 그리드와 같은 분야에서는 정밀 금속화 세라믹 및 전기 부품용 금속화 세라믹에 대한 수요가 계속 증가하여 공정 일관성과 신뢰성에 대한 요구가 높아지고 있습니다.

또한, 정밀 금속화 알루미나 세라믹 부품과 알루미나 금속화 세라믹은 여전히 ​​고정밀 응용 분야에서 일정한 시장 점유율을 차지하고 있지만{0}} AlN 기판의 전반적인 성능 이점은 고전력 시나리오에서 더욱 두드러집니다.- 알루미나 세라믹 부품의 정밀 가공 기술과 결합하여 복잡한 구조 설계 및 고정밀 패키징 요구 사항을 충족할 수 있으며, 세라믹 금속화 재료의 응용 범위를 더욱 확장할 수 있습니다.

전반적으로 알루미나 또는 질화알루미늄 세라믹의 다양한 금속화 공정은 인터페이스 구조, 결합 강도 및 열 순환 성능에서 상당한 차이를 나타냅니다. 그중에서도 뛰어난 야금 결합 메커니즘과 응력 완충 기능을 갖춘 AMB 공정은 고신뢰성 응용 분야에서 확실한 이점을 보여줍니다.- 미래에는 전력 장치가 더 높은 전류 밀도와 더 까다로운 작동 조건으로 발전함에 따라 금속화 세라믹 및 관련 프로세스의 최적화가 중요한 연구 방향으로 남을 것입니다.