مدونة

مع التطور السريع لتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، أظهرت أجهزة الطاقة من كربيد السيليكون (SiC) مع ثباتها الممتاز في درجات الحرارة العالية وكثافة الطاقة العالية وخصائص الفقد المنخفض إمكانات تطبيق كبيرة في مركبات الطاقة الجديدة والشبكات الذكية ومجالات تحويل الطاقة الفعالة. ومع ذلك، للاستفادة الكاملة من مزايا أداء أجهزة SiC، من الضروري تحديد ركيزة التغليف المناسبة. من بين العديد من أنواع الركائز الخزفية، أصبحت ركيزة نيتريد السيليكون (Si3N4) المصنوعة من المعدن النشط النحاسي تدريجيًا الحل المفضل لتعبئة أجهزة الطاقة SiC بمزاياها الفريدة. الغرض من هذه الورقة هو استكشاف سبب تميز ركائز سيراميك AMB، وخاصة ركائز Si3N4-AMB، وتلبية احتياجات التعبئة والتغليف لأجهزة طاقة SiC لدرجات الحرارة العالية والطاقة العالية وتبديد الحرارة العالي والموثوقية العالية.

باعتباره المكون الأساسي لحزمة جهاز الطاقة، فإن أداء الركيزة الخزفية يؤثر بشكل مباشر على الأداء العام للجهاز. تقليديًا، ركائز الألومينا (Al2O3) وتم تعدين ركائز نيتريد الألومنيوم (AlN) بواسطة عملية طلاء النحاس المباشر (DBC)، وعلى الرغم من استخدامها على نطاق واسع، إلا أن العيوب الكامنة في عملية DBC تحد من تطبيقها في ظل الظروف القاسية. على وجه التحديد، بسبب عدم التطابق بين معامل التمدد الحراري بين النحاس والسيراميك عند درجات الحرارة المرتفعة، يتم تقشير الطبقة النحاسية بسهولة، مما يؤثر على استقرار وموثوقية هيكل العبوة.

في المقابل، تحقق تقنية اللحام المعدني النشط (AMB) رابطة كيميائية أقوى بين النحاس والسيراميك من خلال إدخال معدن حشو نشط، مما يزيد بشكل كبير من قوة ربط الواجهة. لا تتغلب هذه التقنية على مشكلة تقشير ركيزة DBC عند درجات حرارة عالية فحسب، بل تسمح أيضًا باستخدام المواد الخزفية ذات الموصلية الحرارية الأعلى والخواص الميكانيكية الأفضل، مثل نيتريد السيليكون (Si3N4). يعتبر سيراميك Si3N4 مثاليًا لعملية AMB نظرًا لصلابته العالية وصلابة الكسر العالية والثبات الحراري الجيد والتوصيل الحراري الممتاز.

تجمع الركيزة SI3N4-AMB بين الخصائص الممتازة لسيراميك Si3N4 والقوة العالية لعملية AMB، مما يدل على موثوقية ممتازة في ظل ظروف الخدمة ذات درجات الحرارة العالية. بادئ ذي بدء، تضمن الموصلية الحرارية العالية تبديد حرارة الجهاز بشكل فعال، وتقلل من درجة حرارة التشغيل، وتطيل عمر الجهاز. ثانيًا، تعمل الخصائص الميكانيكية الممتازة لـ Si3N4 على تحسين قوة الانحناء ومقاومة الصدمات للركيزة، مما يعزز متانة العبوة. أخيرًا، يمكن للهيكل الملحوم الضيق الذي تشكله عملية AMB أن يقاوم بشكل فعال فشل الواجهة الناجم عن الإجهاد الحراري عند درجة حرارة عالية، ويضمن استقرار هيكل الحزمة على المدى الطويل.

باختصار، أدى التطور السريع لأجهزة الطاقة من كربيد السيليكون إلى طرح متطلبات أعلى لركائز التعبئة والتغليف، كما أن ركائز نيتريد السيليكون (Si3N4) النحاسية المعدنية النشطة مناسبة تمامًا لاحتياجات عبوات أجهزة كربيد السيليكون مع روابطها عالية القوة والحرارة العالية. الموصلية والخصائص الميكانيكية الممتازة والموثوقية الممتازة في درجات الحرارة العالية. لا تعمل الركيزة Si3N4-AMB على حل مشكلة تجريد الواجهة لركيزة DBC التقليدية في درجات حرارة عالية فحسب، بل توفر أيضًا قناة تبديد حرارة أكثر استقرارًا وكفاءة لأجهزة SiC، وهو المفتاح لتعزيز أجهزة طاقة SiC إلى كثافة طاقة أعلى وتشغيل أعلى درجة الحرارة ومجموعة واسعة من التطبيقات. لذلك، أصبحت ركائز السيراميك AMB، وخاصة ركائز Si3N4-AMB، بلا شك الحل المفضل لتغليف أجهزة الطاقة SiC، مما يضع أساسًا متينًا للتقدم المستمر في تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة.