Los sustratos cerámicos son materiales con propiedades térmicas, mecánicas y eléctricas únicas que los hacen ideales para aplicaciones exigentes de electrónica de potencia, generalmente utilizadas en módulos de potencia.
Las aplicaciones más recientes de los módulos de potencia, como los vehículos eléctricos (VE) y los vehículos eléctricos híbridos (VEH), requieren mayor voltaje y potencia en circuitos más pequeños, lo que requiere materiales capaces de proporcionar aislamiento de alto voltaje y disipar eficientemente el calor de dispositivos semiconductores densamente empaquetados, como los IGBT y los MOSFET. Los sustratos cerámicos DBC y AMB para módulos de potencia son componentes de conexión en los que se unen placas de cobre a cada superficie de una placa cerámica. Estos sustratos cerámicos presentan una alta conductividad térmica, una excelente conductividad eléctrica y un alto aislamiento. La alta conductividad eléctrica del cobre soporta altas corrientes; las excelentes propiedades dieléctricas de los sustratos cerámicos permiten el alto aislamiento necesario para los circuitos densamente empaquetados en los módulos de potencia. El CTE de los sustratos cerámicos se alinea mejor con el de las pistas metálicas del sustrato y los componentes soldados a él. Esto ayuda a minimizar las tensiones que pueden provocar fracturas en los componentes y las uniones soldadas.
Los sustratos cerámicos consisten en capas de cobre sobre las placas cerámicas y posteriormente se graban con el patrón del circuito. Los materiales cerámicos incluyen alúmina, nitruro de aluminio y nitruro de silicio. El cobre se une a la cerámica mediante diferentes métodos, como el cobre de unión directa (DBC), el cobre de recubrimiento directo (DPC) o los procesos de soldadura fuerte activa (AMB). Comparación de materiales:
1. Sustratos de óxido de aluminio
El material más rentable y de mejor rendimiento
Menor conductividad térmica
2. Sustratos de nitruro de aluminio
Alta conductividad térmica: 170 W/mK
CET (coeficiente de expansión térmica) muy similar al del silicio
Alta resistencia a la flexión
3. Sustratos de nitruro de silicio
Buena resistencia a la flexión
Excelente tenacidad a la fractura
Buena conductividad térmica
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