Substráty z nitridu křemíku pro lepší výkon ve výkonové elektronice

Dnešní návrhy výkonových modulů jsou primárně založeny na oxidu hlinitém (Al2O3) nebo AlN keramice, ale zvyšující se požadavky na výkon nutí konstruktéry zvažovat pokročilé alternativy substrátu. Jeden příklad je vidět v xEV aplikacích, kde zvýšení teploty čipu ze 150 °C na 200 °C snižuje spínací ztráty o 10 %. Navíc nové obalové technologie, jako jsou pájecí a bezdrátové moduly, činí ze současných substrátů slabý článek.

Další významnou hnací silou zvláštní důležitosti je potřeba delší životnosti v náročných podmínkách, jako jsou větrné turbíny. Větrné turbíny mají očekávanou životnost 15 let bez poruchy za všech podmínek prostředí, což nutí konstruktéry této aplikace hledat také vylepšené technologie substrátů.

Třetím hnacím motorem pro vylepšené možnosti substrátu je nově vznikající použití komponent SiC. První moduly využívající SiC a optimalizované balení vykazovaly snížení ztrát o 40 až 70 % ve srovnání s tradičními moduly, ale také představovaly potřebu nových metod balení, včetně substrátů Si3N4. Všechny tyto trendy omezí budoucí roli tradičních substrátů Al2O3 a AlN, zatímco substráty založené na Si3N4 budou v budoucnu volbou konstruktéra pro vysoce výkonné výkonové moduly.

Díky vynikající pevnosti v ohybu, vysoké lomové houževnatosti a dobré tepelné vodivosti je nitrid křemíku (Si3Ni4) vhodný pro substráty výkonové elektroniky. Charakteristiky keramiky a podrobné srovnání klíčových hodnot, jako je částečný výboj nebo růst trhlin, ukazují významný vliv na chování konečného substrátu, jako je tepelná vodivost a chování tepelného cyklování.