氮化硅AMB基板成為新能源汽車SiC功率模塊的首選工藝

碳化硅（SiC）作為寬禁帶半導(dǎo)體材料，相對(duì)于Si基器件具有禁帶寬度大、擊穿電場(chǎng)高、熱導(dǎo)率高、電子飽和速率高、抗輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在高頻、高壓、高溫等工作場(chǎng)景中，有易散熱、小體積、低能耗、 高功率等明顯優(yōu)勢(shì)。

如今，SiC“上車”已成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)難以繞開的話題，而這要?dú)w功于搭載意法半導(dǎo)體碳化硅器件的特斯拉Model 3的問世，使諸多半導(dǎo)體企業(yè)在碳化硅上“卷”了起來。SiC在高壓+長(zhǎng)續(xù)航平臺(tái)有先天性能優(yōu)勢(shì)。

SiC在新能源汽車上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

一、提升加速度

新能源汽車的加速性能與動(dòng)力系統(tǒng)輸出的最大功率和最大扭矩密切相關(guān)，SiC技術(shù)允許驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)承受更大輸入功率，且不怕電流過大導(dǎo)致的熱效應(yīng)和功率損耗，這就意味著車輛起步時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以輸出更大扭矩，強(qiáng)化加速能力。

二、增加續(xù)航里程

    續(xù)航里程和充電時(shí)間長(zhǎng)是目前電動(dòng)車的首要痛點(diǎn)，提高電壓能在同樣的電阻下減少電耗損失，提升效率，增加續(xù)航里程。同時(shí)，800V高壓平臺(tái)可搭配350kW超級(jí)充電樁，提升充電速度，縮短充電時(shí)長(zhǎng)。此外在充電功率相同的情況下，800V高壓快充架構(gòu)下的高壓線束直徑更小，相應(yīng)成本更低，電池散熱的更少，熱管理難度相對(duì)降低，整體電池成本更優(yōu)。SiC器件通過導(dǎo)通/開關(guān)兩個(gè)維度降低損耗，從而實(shí)現(xiàn)增加電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程的目的。

三、汽車輕量化

SiC材料載流子遷移率高，能提供較高的電流密度，相同功率等級(jí)下封裝尺寸更小。SiC能夠?qū)崿F(xiàn)高頻開關(guān)，減少濾波器和無源器件如變壓器、電容、電感等的使用，從而減少系統(tǒng)體系和重量；SiC禁帶寬度寬且具有良好的熱導(dǎo)率，可以使器件工作于較高的環(huán)境溫度中，從而減少散熱器體積；SiC可以降低開關(guān)與導(dǎo)通損耗，使系統(tǒng)效率提升，同樣續(xù)航范圍內(nèi)，可以減少電池容量，有助于車輛輕量化。

Si3N4-AMB基板是SiC器件封裝首選

以往被廣泛使用的直接覆銅（DBC）陶瓷基板是通過共晶鍵合法制備而成，銅和陶瓷之間沒有粘結(jié)材料，在高溫服役過程中，往往會(huì)因?yàn)殂~和陶瓷（Al2O3或AlN）之間的熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致銅層從陶瓷表面剝離，因此傳統(tǒng)的DBC陶瓷基板已經(jīng)難以滿足高溫、大功率、高散熱、高可靠性的封裝要求。

Si3N4-AMB覆銅基板則是利用活性金屬元素（Ti、Zr、Ta、Nb、V、Hf等）可以潤(rùn)濕陶瓷表面的特性，將銅層通過活性金屬釬料釬焊在Si3N4陶瓷板上。通過活性金屬釬焊（AMB）工藝形成的銅/陶瓷界面粘結(jié)強(qiáng)度更高，且Si3N4陶瓷相比Al2O3和AlN同時(shí)兼顧了優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的導(dǎo)熱性，因此Si3N4-AMB覆銅基板在高溫下的服役可靠性更強(qiáng)，是SiC器件封裝基板的首選。