Substráty z nitridu kremíka pre lepší výkon vo výkonovej elektronike

Dnešné návrhy výkonových modulov sú primárne založené na oxide hlinitom (Al2O3) alebo AlN keramike, ale zvyšujúce sa požiadavky na výkon nútia dizajnérov zvažovať pokročilé alternatívy substrátu. Jeden príklad je možné vidieť v aplikáciách xEV, kde zvýšenie teploty čipu zo 150 °C na 200 °C znižuje spínacie straty o 10 %. Okrem toho nové technológie balenia, ako sú spájkovacie a bezdrôtové moduly, robia zo súčasných substrátov slabý článok.

Ďalšou významnou hnacou silou osobitného významu je potreba predĺženia životnosti v náročných podmienkach, ako sú napríklad veterné turbíny. Veterné turbíny majú predpokladanú životnosť 15 rokov bez poruchy za všetkých podmienok prostredia, čo núti dizajnérov tejto aplikácie hľadať aj vylepšené technológie substrátov.

Tretím hnacím motorom pre vylepšené možnosti substrátu je nové používanie komponentov SiC. Prvé moduly využívajúce SiC a optimalizované balenie vykazovali zníženie strát medzi 40 až 70 % v porovnaní s tradičnými modulmi, ale tiež predstavovali potrebu nových metód balenia, vrátane substrátov Si3N4. Všetky tieto trendy obmedzia budúcu úlohu tradičných substrátov Al2O3 a AlN, zatiaľ čo substráty založené na Si3N4 budú v budúcnosti voľbou dizajnéra pre vysokovýkonné výkonové moduly.

Vďaka vynikajúcej pevnosti v ohybe, vysokej lomovej húževnatosti a dobrej tepelnej vodivosti je nitrid kremíka (Si3Ni4) veľmi vhodný pre substráty výkonovej elektroniky. Charakteristiky keramiky a podrobné porovnanie kľúčových hodnôt, ako je čiastočný výboj alebo rast trhlín, ukazujú významný vplyv na správanie konečného substrátu, ako je tepelná vodivosť a správanie sa tepelných cyklov.