陶瓷片

氧化铝用于氮化硅氮化铝

在新能源汽车的电力驱动系统（电机驱动器/逆变器）中，IGBT 功率模块或功率半导体模块是核心部件。它们负责将电池中的直流电（DC）转换为交流电（AC）以驱动电机，同时还能承受大电流、高电压和频繁的热循环。氮化硅（Si3N4）陶瓷基板具有高热稳定性、高机械强度和优异的电气绝缘性能，已成为这些功率模块不可或缺的基础材料。它通常用作模块内部的支撑和散热基板，直接支撑 IGBT 或二极管芯片，并与模块封装中的铜引线或金属化层相结合，形成 "绝缘、高导电 "的核心结构，从而确保电力驱动系统在高功率密度和恶劣环境下稳定运行：功率模块工作时会产生大量热量。氮化硅基板通过其高导热性将热量迅速传导至散热器或冷却系统，防止芯片过热，提高模块的稳定性。氮化硅的导热系数（80-90 W/(m-K)）虽然不是最高的，但其独特的高导热系数和高机械强度相结合的特性，使其非常适合于剧烈的温度变化和强烈的振动环境：功率模块内部的 IGBT 芯片需要与外部金属结构电气绝缘，同时还要确保热量能够传导。氮化硅基板具有较高的电气绝缘性能和适度的导热性能，符合本设计的 "导热绝缘 "要求。这确保了高达几百伏甚至几千伏的工作电压被牢牢地控制在模块内，与接地外壳和冷却系统隔离，从而保证了系统的基本安全：电源模块的内部芯片、焊盘和金属层都需要稳定的支撑。氮化硅基板具有较高的机械强度和抗热应力性能，可防止模块在高温热循环下发生翘曲或开裂。其抗弯强度和断裂韧性是氮化铝的两倍以上，确保了物理结构的长期稳定性：电动汽车需要频繁进行启动和制动操作，电源模块需要承受大量的热循环。氮化硅基板具有出色的热冲击稳定性，可显著提高模块的使用寿命和整车的可靠性。与传统的氧化铝或氮化铝基板相比，使用氮化硅基板的功率模块的温度循环寿命可延长约一个数量级：氮化硅基板的表面需要经过金属化处理（如传统的 Mo/Mn 方法或目前主流的活性金属钎焊/AMB 技术），以形成可用于焊接和电气连接的金属电路。AMB 技术具有更高的铜层结合强度和优异的导热性，已成为满足汽车级功率模块对高功率密度、长寿命和高可靠性等严格要求的首选解决方案：在新能源汽车的电力驱动系统中，氮化硅基板作为绝缘、散热和结构支撑 "三合一 "的核心载体，被直接封装在主逆变器的功率模块中。它将功率芯片向上、向下固定，并通过导热材料与模块的液冷散热系统紧密结合，实现芯片的高效热传导。这种设计确保了即使在高热循环下也能稳定输出功率和长期可靠的性能：氮化硅（Si₃N₄）陶瓷导热系数：80-90 W/（m-K）高机械强度和断裂韧性（氮化铝的两倍以上）优异的电绝缘性能高抗热冲击和循环应用：新能源汽车电力驱动系统中 IGBT/功率半导体模块的内部支撑和散热基板金属化选项：钼/锰法、活性金属钎焊 (AMB) 与电动汽车动力模块和液体冷却系统直接集成