Actualmente, el creciente clamor por la protección del medio ambiente y la conservación de la energía ha puesto en el centro de atención a los vehículos eléctricos domésticos de nueva energía. Los dispositivos de paquete de alta potencia juegan un papel decisivo en la regulación de la velocidad del vehículo y el almacenamiento de conversión de CA y CC. El ciclo térmico de alta frecuencia ha impuesto requisitos estrictos para la disipación de calor de los empaques electrónicos, mientras que la complejidad y diversidad del entorno de trabajo requiere que los materiales de empaque tengan una buena resistencia al choque térmico y una alta resistencia para desempeñar un papel de apoyo. Además, con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica de potencia moderna, que se caracteriza por alto voltaje, alta corriente y alta frecuencia, la eficiencia de disipación de calor de los módulos de potencia aplicados a esta tecnología se ha vuelto más crítica. Los materiales de sustrato cerámico en los sistemas de empaque electrónico son la clave para una disipación de calor eficiente, también tienen una alta resistencia y confiabilidad en respuesta a la complejidad del entorno de trabajo. Los principales sustratos cerámicos que se han producido en masa y ampliamente utilizados en los últimos años son Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, etc.
La cerámica Al2O3 juega un papel importante en la industria de sustratos de disipación de calor debido a su proceso de preparación simple, buen aislamiento y resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, la baja conductividad térmica de Al2O3 no puede cumplir con los requisitos de desarrollo de dispositivos de alta potencia y alto voltaje, y solo es aplicable al entorno de trabajo con requisitos de baja disipación de calor. Además, la baja resistencia a la flexión también limita el ámbito de aplicación de las cerámicas de Al2O3 como sustratos de disipación de calor.
Los sustratos cerámicos BeO tienen alta conductividad térmica y baja constante dieléctrica para cumplir con los requisitos de disipación de calor eficiente. Pero no es propicio para su aplicación a gran escala debido a su toxicidad, que afecta la salud de los trabajadores.
La cerámica AlN se considera un material candidato para sustrato de disipación de calor debido a su alta conductividad térmica. Pero la cerámica AlN tiene poca resistencia al choque térmico, delicuescencia fácil, baja resistencia y dureza, lo que no es propicio para trabajar en un entorno complejo y es difícil garantizar la confiabilidad de las aplicaciones.
La cerámica SiC tiene una alta conductividad térmica, debido a su alta pérdida dieléctrica y bajo voltaje de ruptura, no es adecuada para aplicaciones en entornos operativos de alta frecuencia y voltaje.
Si3N4 es reconocido como el mejor material de sustrato cerámico con alta conductividad térmica y alta confiabilidad en el país y en el extranjero. Aunque la conductividad térmica del sustrato cerámico Si3N4 es ligeramente inferior a la del AlN, su resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura pueden llegar a ser más del doble que las del AlN. Mientras tanto, la conductividad térmica de la cerámica Si3N4 es mucho mayor que la de la cerámica Al2O3. Además, el coeficiente de expansión térmica de los sustratos cerámicos de Si3N4 es similar al de los cristales de SiC, el sustrato semiconductor de tercera generación, lo que le permite combinarse de manera más estable con el material de cristal de SiC. Hace que Si3N4 sea el material preferido para sustratos de alta conductividad térmica para dispositivos de potencia de semiconductores de SiC de tercera generación.
