如何在Si3N4陶瓷金屬化并提高金屬化層的界面強度？

當前大功率半導體器件在高速鐵路系統、電氣控制、風能轉換系統、太陽能光伏發電、電動汽車、電力控制等領域有著廣泛的應用。近年來，半導體器件正朝著高功率、高頻和集成化方向發展，高功率和高密度往往會導致嚴重的散熱問題。統計數據顯示，高達55%的功率器件故障是由熱量引起的，如器件性能惡化、結構損壞等。器件的性能與其結構設計、封裝材料的選擇和制造工藝密切相關。其中基板材料的選擇對器件的成本、性能和可靠性有直接影響。

目前，市場上最常見的基板是金屬和陶瓷基板。然而，金屬基板中隔熱層的低導熱性使其越來越難以滿足電力電子元件的發展要求。陶瓷基板在電力電子器件中越來越普遍。常見的陶瓷基板材料有氧化鋁（Al2O3）、氮化鋁（AIN）和氮化（Si3N4）。

Si3N4的熱膨脹系數與SiC相容，Si3N4展現出卓越的機械性能，其彎曲強度和斷裂韌性均超過AlN兩倍以上。因此，它可以顯著提高電力電子基板在功率循環和熱沖擊環境下的機械可靠性。使用AMB工藝制備的Si3N4陶瓷板具有更高的載流能力。

Si3N4陶瓷在半導體絕緣基板材料中提供了散熱性能、可靠性和電性能的最佳組合。然而，Si3N4陶瓷基板的表面金屬化技術不如直接鍵合銅（DBC）和直接鍵合氧化鋁（DBA）技術中的Al2O3或AlN陶瓷等對應技術成熟。因此，如何在Si3N4陶瓷表面實現金屬化并提高金屬化層的界面強度已成為許多研究人員的重點方向。