氮化硅陶瓷基板高功率模块的“战斗机”

氮化硅陶瓷基板具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、高温蠕动小、抗氧化性能好、热腐蚀性能好，因而有它独特的应用价值。氮化硅陶瓷基板在半导体功率模块是电力电子领域中最重要的功率器件之一，应用于电动汽车、轨道交通等领域，封装模块主要用到的是覆铜板，覆铜板中绝缘层通常是陶瓷材料，用到氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板较多，那么氮化硅陶瓷基板材料与它们有和不同，目前在高功率模块应用主要是哪些领域呢？

在覆铜过程中，因为金属铜和陶瓷材料的热膨胀系数有较大的差别，所以在高温条件下的覆铜之后，容易在在陶瓷基板中产生较大的附加热应力。并且，由于电子封装基板自身的周期性使用特性，在频繁的升温和降温过程中也会陆续地在陶瓷基板上产生热应力。因此经过漫长时间使用后在基板内部很容易有微小的裂纹产生和扩展，故很容易让封装基板产生破裂从而失效。比如高速轨道交通工具--和谐号等需要高可靠性的配件支持。

汽车震动器，属于频繁震动的半导体器件模块，当半导体功率模块使用在车辆等存在频繁震动的移动设施上，力学性能不足的陶瓷基板容易出现断裂，降低了半导体功率模块在使用过程中的可靠性。在实际生产过程中，通常使用240K-500K的热循环实验来检测试样的抗热震性能，普通的Al2O3和AlN一般在经受了50次热循环之后就会产生裂纹，在经历了500次热循环之后会发生铜电路的脱落，不能够满足电动汽车所要求的3000次热循环后仍能保持使用性能的要求。氮化硅陶瓷基板机械强度很高，硬度大、热膨胀系数小、高温蠕动小、热腐蚀性能好，可以满足3000次以上热循环。

氮化硅陶瓷基板的挠曲强度比采用Al2O3和AlN制成的基板高。Si3N4陶瓷的断裂韧性甚至超过了氧化锆掺杂陶瓷。目前，国际上高导热氮化硅陶瓷基板主要的供应商有美国罗杰斯公司和日本东芝公司，其生产的高导热氮化硅陶瓷热导率均能达到90W·m-1·K-1，抗弯强度和断裂韧性也分别能达到650MPa和6.5MPa·m1/2左右。

氮化硅陶瓷具有优异的力学性能，其抗弯强度和断裂韧性是氮化铝和氧化铝的2倍以上，并且具有高热导率、低热膨胀系数和高抗热震性等优点，更加适合于大功率半导体功率模块的应用实况，特别是应用在有振动场合的功率模块制备。高机械（抗弯强度和断裂韧性）强度的氮化硅基板，能在严苛的工作环境下具有较高使用寿命及更高可靠性，使电机动力系统中运行更加安全可靠。因此在汽车震动器、减震器、发动机上面采用氮化硅陶瓷基板具备更好的可靠性。更多氮化硅陶瓷基板的问题可以咨询金瑞欣特种电路。