新能源汽车电驱动系统中氮化硅陶瓷基板的应用

在新能源汽车的电驱动系统中，电机驱动器/逆变器是实现能量转换与控制的核心单元。其中，IGBT功率模块（或宽禁带半导体模块）作为关键部件，承担着将直流电（DC）转换为交流电（AC）以驱动电机的重要任务，同时需承受高电压、大电流及频繁的热循环冲击。在此背景下，氮化硅（Si₃N₄）陶瓷基板凭借其出色的热稳定性、高机械强度与优良的电绝缘性能，已成为高可靠性功率模块不可或缺的基础材料。

氮化硅陶瓷基板在模块中通常作为承载与散热基板，直接支撑IGBT或二极管芯片，并与铜电路或金属化层紧密结合，构成“绝缘且高导热”的核心结构，从而保障电驱动系统在高功率密度及严苛工况下的稳定运行。

氮化硅陶瓷基板

功能与作用：

高效散热

功率模块工作期间产生大量热量，氮化硅基板凭借较高的导热系数（通常为80–90 W/(m·K)），能够将热量快速传递至散热器或冷却系统，防止芯片过热，确保模块运行稳定。虽然其导热性能并非最高，但其在导热性与机械强度之间的优异平衡，使其特别适合应对电驱动系统中剧烈的温度变化与振动环境。

可靠电绝缘

模块内部的功率芯片需与外部金属构件电气隔离，同时保证热量的有效导出。氮化硅基板具有优异的绝缘性能与适中的导热特性，完美满足功率模块“绝缘导热”的设计要求。作为电气绝缘框架的一部分，它确保数百至数千伏的工作电压安全隔离于模块内部，并与接地外壳及冷却系统分离，保障系统基本安全。

稳固结构支撑

模块内部的芯片、焊盘及金属层需要稳定的机械承载。氮化硅基板具备高弯曲强度与良好的抗热应力性能，可有效抑制模块在高温热循环中发生翘曲或开裂。其断裂韧性显著优于氮化铝等陶瓷材料，能够在车辆频繁启停引起的温度剧烈波动中，承受不同材料热膨胀系数不匹配带来的应力，维持连接界面与自身结构的长期完整性。

提升系统可靠性

电动汽车运行中的频繁加速与制动使功率模块承受大量热循环。氮化硅基板优异的热冲击稳定性，可大幅延长模块使用寿命，从而提升整车可靠性。这一特性得益于其高导热性带来的快速温度均衡与高机械强度带来的应力耐受能力。行业数据表明，采用氮化硅基板的功率模块，其温度循环寿命较传统氧化铝或氮化铝基板方案可提升一个数量级，直接关系到电驱动系统的耐久性与整车质保水平。

应用形式：

金属化氮化硅基板

通过在氮化硅基板表面进行金属化处理（如传统钼/锰法，或当前主流的活性金属钎焊/AMB技术），形成附着牢固的铜电路，用于功率芯片的焊接与电气连接。其中，AMB技术凭借更高的铜层结合强度与优异的导热性能，已成为满足汽车级功率模块高功率密度、长寿命与高可靠性要求的首选工艺。

在电动汽车功率模块中的集成

在电驱动系统中，氮化硅基板以“绝缘–散热–结构支撑”三合一的核心载体形式，直接封装于主逆变器的功率模块内。它承载并固定功率芯片，通过导热界面材料与液冷散热系统紧密耦合，实现芯片工作温度的有效控制。该设计确保电驱动系统在频繁工况变化引起的热循环冲击下，仍能保持稳定输出与长效可靠运行。