随着 SiC 器件把功率密度与结温推高,短板往往不在芯片,而在基板。三种常见陶瓷如何取舍?
| 性能 | Al₂O₃(氧化铝) | AlN(氮化铝) | Si₃N₄(氮化硅) |
|---|---|---|---|
| 抗弯强度(MPa) | 约 300 | 约 300 | ≥ 600 |
| 热导率(W/m·K) | 约 24 | 约 170 | ≥ 80 |
| 热膨胀(×10⁻⁶/K) | 约 7.2 | 约 4.5 | 约 3.0 |
| 热循环可靠性 | 一般 | 良好 | 优异 |
| 最适合 | 成本敏感 | 极致散热 | 严苛循环 |
车载功率模块每年经历数千次热循环。Al₂O₃ 便宜却易裂;AlN 导热最佳但脆、怕冲击;Si₃N₄ 以略低峰值导热换取更高强度与最优抗热循环——这正是 AMB(活性金属钎焊)Si₃N₄ 基板成为 800 V SiC 牵引逆变器主流选择的原因。
若瓶颈是纯热流(如安装稳定的大电流工业变流器),AlN 约 170 W/m·K 在导热上仍占优。当机械冲击、振动与循环占主导时,选 Si₃N₄。
对汽车与严苛功率模块而言是——Si₃N₄ 因更高强度、与 SiC 芯片更匹配的热膨胀,可承受更多热循环。AlN 仅在纯热导率上占优。
活性金属钎焊:含钛钎料将铜直接 bonding 到陶瓷上,得到大电流、高可靠基板,用于 SiC 模块。