L’evoluzione dell’elettronica di potenza, guidata dai veicoli elettrici (EV) e dalle energie rinnovabili, richiede substrati in grado di gestire potenza, calore e stress estremi. Per i responsabili degli approvvigionamenti e gli ingegneri progettisti, scegliere tra le tecnologie Direct Bonded Copper (DBC) , Direct Plated Copper (DPC) e Active Metal Brazing (AMB) è una decisione fondamentale che incide su prestazioni, affidabilità e costi. Questa guida definitiva mette a confronto queste tre tecnologie chiave di metallizzazione per aiutarti a selezionare la base ottimale per il tuo modulo di potenza.
Tendenze tecnologiche e prospettive future
Il dominio di AMB per l’elettrificazione automobilistica
Il passaggio alle architetture EV da 800 V e l'uso di dispositivi SiC sta facendo del Si₃N₄ AMB lo standard de facto per i principali moduli di potenza degli inverter. La sua resistenza alla frattura è fondamentale per sopravvivere alle dure vibrazioni e all'ambiente termico.
Progetti di substrati ibridi e incorporati
Per ottimizzare costi e prestazioni, gli ingegneri stanno combinando le tecnologie, utilizzando DPC per la logica di controllo a passo fine sullo stesso substrato in cui AMB gestisce aree ad alta potenza o incorporando componenti passivi all'interno di strutture di ceramica metallizzata .
Premere per il funzionamento a temperature più elevate
Con l'aumento della temperatura di giunzione con i semiconduttori WBG, la stabilità del legame rame-ceramica a >200°C è sotto esame. Ciò sta guidando la ricerca e lo sviluppo di materiali e processi, in particolare nei metalli d’apporto AMB e nelle preparazioni superficiali in ceramica.
Domande frequenti (FAQ)
D: È possibile eseguire il DBC sul nitruro di silicio (Si₃N₄)?
R: Il DBC tradizionale è molto difficile su Si₃N₄ a causa della sua stabilità chimica. Questo è uno dei motivi principali per cui è stato sviluppato l'AMB : il metallo attivo nella brasatura (ad esempio il titanio) può reagire e legarsi al Si₃N₄, sbloccando le sue eccellenti proprietà meccaniche per i moduli di potenza.
D: L'AMB è sempre più costoso del DBC?
R: Sì, le materie prime (foglio di brasatura) e il processo (forno a vuoto) sono più costosi. Tuttavia, per le applicazioni ad alta affidabilità, il costo totale di proprietà (TCO) può essere inferiore grazie alla durata notevolmente estesa e al ridotto rischio di guasti sul campo, che è catastrofico in ambito automobilistico o industriale.
D: Quale tecnologia consente la massima personalizzazione del design?
R: DPC offre la massima libertà geometrica : può creare linee molto sottili, piccoli passaggi e complesse strutture multistrato su un singolo pezzo di ceramica. DBC e AMB sono più limitati dal processo di incisione di spesse lamine di rame ma eccellono nella gestione della potenza.
D: Come faccio a decidere tra AlN-AMB e Si₃N₄-AMB?
R: Scegli AlN-AMB se la tua sfida principale è allontanare il calore da un chip con densità di potenza molto elevata (conduttività termica ~180-200 W/mK). Scegli Si₃N₄-AMB se il tuo modulo deve affrontare forti stress meccanici o cicli termici, poiché il Si₃N₄ ha una tenacità alla frattura e una resistenza alla flessione molto più elevate, anche se con una conduttività termica inferiore (~90 W/mK).
