Derzeit hat der wachsende Ruf nach Umweltschutz und Energieeinsparung heimische Elektrofahrzeuge mit neuer Energie ins Rampenlicht gerückt. Geräte mit Hochleistungspaketen spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Speicherung von Wechsel- und Gleichstrom. Die Hochfrequenz-Thermozyklen haben strenge Anforderungen an die Wärmeableitung von Elektronikverpackungen gestellt, während die Komplexität und Vielfalt der Arbeitsumgebung erfordern, dass Verpackungsmaterialien eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und hohe Festigkeit aufweisen, um eine unterstützende Rolle zu spielen. Darüber hinaus ist mit der schnellen Entwicklung moderner Leistungselektroniktechnologie, die durch Hochspannung, Hochstrom und Hochfrequenz gekennzeichnet ist, die Wärmeableitungseffizienz von Leistungsmodulen, die auf diese Technologie angewendet werden, kritischer geworden. Die keramischen Substratmaterialien in elektronischen Verpackungssystemen sind der Schlüssel zu einer effizienten Wärmeableitung, sie haben auch eine hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit als Reaktion auf die Komplexität der Arbeitsumgebung. Die wichtigsten keramischen Substrate, die in den letzten Jahren in Massenproduktion hergestellt und weit verbreitet wurden, sind Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN usw.
Al2O3-Keramik spielt aufgrund ihres einfachen Herstellungsprozesses, ihrer guten Isolierung und ihrer Hochtemperaturbeständigkeit eine wichtige Rolle in der Wärmeableitungssubstratindustrie. Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Al2O3 kann jedoch die Entwicklungsanforderungen von Hochleistungs- und Hochspannungsgeräten nicht erfüllen und ist nur für Arbeitsumgebungen mit geringen Anforderungen an die Wärmeableitung anwendbar. Darüber hinaus schränkt die geringe Biegefestigkeit auch den Anwendungsbereich von Al2O3-Keramiken als Wärmeableitungssubstrate ein.
BeO-Keramiksubstrate haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Dielektrizitätskonstante, um die Anforderungen einer effizienten Wärmeableitung zu erfüllen. Aufgrund seiner Toxizität, die die Gesundheit der Arbeiter beeinträchtigt, ist es jedoch nicht für eine großtechnische Anwendung geeignet.
AlN-Keramik wird aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit als Kandidatenmaterial für Wärmeableitungssubstrate angesehen. Aber AlN-Keramik hat eine schlechte Temperaturwechselbeständigkeit, ein leichtes Zerfließen, eine geringe Festigkeit und Zähigkeit, was dem Arbeiten in einer komplexen Umgebung nicht förderlich ist, und es ist schwierig, die Zuverlässigkeit von Anwendungen sicherzustellen.
SiC-Keramik hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit, aufgrund ihres hohen dielektrischen Verlusts und der niedrigen Durchbruchspannung ist sie nicht für Anwendungen in Betriebsumgebungen mit hoher Frequenz und Spannung geeignet.
Si3N4 ist im In- und Ausland als das beste Keramiksubstratmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher Zuverlässigkeit anerkannt. Obwohl die Wärmeleitfähigkeit des Si3N4-Keramiksubstrats etwas niedriger ist als die von AlN, kann seine Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit mehr als das Doppelte der von AlN erreichen. Inzwischen ist die Wärmeleitfähigkeit von Si3N4-Keramik viel höher als die von Al2O3-Keramik. Darüber hinaus ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von Si3N4-Keramiksubstraten nahe an dem von SiC-Kristallen, dem Halbleitersubstrat der 3. Generation, was eine stabilere Anpassung an das SiC-Kristallmaterial ermöglicht. Dies macht Si3N4 zum bevorzugten Material für Substrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit für SiC-Halbleiter-Leistungsbauelemente der 3. Generation.
