如何在Si3N4陶瓷金属化并提高金属化层的界面强度？

当前大功率半导体器件在高速铁路系统、电气控制、风能转换系统、太阳能光伏发电、电动汽车、电力控制等领域有着广泛的应用。近年来，半导体器件正朝着高功率、高频和集成化方向发展，高功率和高密度往往会导致严重的散热问题。统计数据显示，高达55%的功率器件故障是由热量引起的，如器件性能恶化、结构损坏等。器件的性能与其结构设计、封装材料的选择和制造工艺密切相关。其中基板材料的选择对器件的成本、性能和可靠性有直接影响。

目前，市场上最常见的基板是金属和陶瓷基板。然而，金属基板中隔热层的低导热性使其越来越难以满足电力电子元件的发展要求。陶瓷基板在电力电子器件中越来越普遍。常见的陶瓷基板材料有氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AIN）和氮化（Si3N4）。

Si3N4的热膨胀系数与SiC相容，Si3N4展现出卓越的机械性能，其弯曲强度和断裂韧性均超过AlN两倍以上。因此，它可以显著提高电力电子基板在功率循环和热冲击环境下的机械可靠性。使用AMB工艺制备的Si3N4陶瓷板具有更高的载流能力。

Si3N4陶瓷在半导体绝缘基板材料中提供了散热性能、可靠性和电性能的最佳组合。然而，Si3N4陶瓷基板的表面金属化技术不如直接键合铜（DBC）和直接键合氧化铝（DBA）技术中的Al2O3或AlN陶瓷等对应技术成熟。因此，如何在Si3N4陶瓷表面实现金属化并提高金属化层的界面强度已成为许多研究人员的重点方向。