Al momento, la voce della protezione dell'ambiente e del risparmio di energia è in aumento, rendendo più preoccupati i nuovi veicoli elettrici energetici domestici. I dispositivi di imballaggio ad alta potenza svolgono un ruolo decisivo nella regolazione della velocità del veicolo e della CA e della DC di stoccaggio. Il ciclo termico ad alta frequenza mette in avanti requisiti rigorosi sulla dissipazione del calore degli imballaggi elettronici e la complessità e la diversità dell'ambiente di lavoro richiedono che il materiale di imballaggio abbia una buona resistenza alle shock termiche e un'elevata resistenza per svolgere un ruolo di supporto. Inoltre, con il rapido sviluppo della moderna tecnologia di elettronica di potenza, che è principalmente caratterizzata da alta tensione, alta corrente e alta frequenza, l'efficienza di dissipazione del calore dei moduli di potenza applicati in questa tecnologia è diventata la chiave. Il materiale del substrato ceramico nel sistema di imballaggio elettronico è la chiave per un'efficace dissipazione del calore e dovrebbe anche avere un'alta resistenza e un'alta affidabilità al fine di far fronte alla complessità dell'ambiente di lavoro. Negli ultimi anni, i substrati ceramici che sono stati prodotti in serie e ampiamente utilizzati sono principalmente: AL2O3, BEO, SIC, SI3N4, ALN e così via.
Proprietà di diversi tipi di substrati ceramici (Fonte: Liao Shengjun. Preparazione e proprietà dei materiali ceramici a nitruro di silicio per substrato
AL2O3 A causa del suo semplice processo di preparazione, buon isolamento e resistenza ad alta temperatura, attualmente occupa una posizione importante nel settore del substrato di dissipazione del calore. Tuttavia, la bassa conduttività termica di AL2O3 non può soddisfare i requisiti di sviluppo dei dispositivi ad alta potenza e ad alta tensione ed è adatta solo per ambienti di lavoro con basse esigenze di dissipazione del calore e, a causa della bassa resistenza alla flessione, la gamma di applicazioni della ceramica AL2O3 Poiché anche un substrato di dissipazione del calore è limitato.
Sebbene il substrato ceramico BEO abbia un'elevata conduttività termica e una bassa costante dielettrica per soddisfare i requisiti di efficiente dissipazione del calore, ma a causa della sua tossicità, ha un impatto sulla salute dei lavoratori e non è favorevole all'applicazione su larga scala.
Le ceramiche di ALN hanno un'elevata conducibilità termica e sono considerate materiali candidati per i substrati di dissipazione del calore. Tuttavia, le ceramiche di Aln hanno una scarsa resistenza agli shock termici, un facile deliquescente, bassa resistenza e tenacità, il che non favorisce il lavoro in un ambiente complesso e difficile garantire l'affidabilità della sua applicazione.
Le ceramiche SIC hanno un'elevata conducibilità termica, ma a causa della loro elevata perdita dielettrica e bassa tensione di rottura, non è favorevole all'applicazione di un ambiente di lavoro ad alta frequenza e ad alta tensione.
Il nitruro di silicio è riconosciuto come il miglior materiale del substrato ceramico con alta conducibilità termica e elevata affidabilità in patria e all'estero. Sebbene la conduttività termica del substrato ceramico SI3N4 sia leggermente inferiore a quella di ALN, la sua forza di flessione e la sua tenacità di frattura possono raggiungere più del doppio di quella di ALN. Allo stesso tempo, la conduttività termica della ceramica SI3N4 è molto più alta di quella della ceramica AL2O3. Inoltre, il coefficiente di espansione termica del substrato ceramico SI3N4 è vicino a quello del substrato a semiconduttore di terza generazione Crystal SIC, rendendo più stabile corrispondere al materiale di cristallo SIC. Ciò rende SI3N4 il materiale preferito per i substrati ad alta conducibilità termica per i dispositivi di alimentazione a semiconduttore SiC di terza generazione.
