Substraturi cu nitrură de siliciu pentru performanțe îmbunătățite în electronicele de putere

Modelele de module de putere de astăzi se bazează în principal pe oxid de aluminiu (Al2O3) sau ceramică AlN, dar cerințele tot mai mari de performanță îi determină pe proiectanți să ia în considerare alternative avansate de substrat. Un exemplu este văzut în aplicațiile xEV în care o creștere a temperaturii cipului de la 150°C la 200°C reduce pierderile de comutare cu 10%. În plus, noile tehnologii de ambalare, cum ar fi modulele fără lipire și sârmă, fac din substraturile actuale veriga slabă.

Un alt factor important de importanță deosebită este necesitatea unei durate de viață crescute în condiții dure, cum ar fi turbinele eoliene. Turbinele eoliene au o durată de viață estimată de 15 ani fără defecțiuni în toate condițiile de mediu, determinând proiectanții acestei aplicații să caute și tehnologii de substrat îmbunătățite.

Un al treilea motor pentru opțiunile de substrat îmbunătățite este utilizarea în curs de dezvoltare a componentelor SiC. Primele module care utilizează SiC și ambalaje optimizate au arătat o reducere a pierderilor de la 40 până la 70 % în comparație cu modulele tradiționale, dar au prezentat și necesitatea unor noi metode de ambalare, inclusiv substraturi Si3N4. Toate aceste tendințe vor limita rolul viitor al substraturilor tradiționale de Al2O3 și AlN, în timp ce substraturile bazate pe Si3N4 vor fi alegerea designerului pentru modulele de putere de înaltă performanță în viitor.

Rezistența excelentă la încovoiere, rezistența ridicată la rupere și o bună conductivitate termică fac ca nitrura de siliciu (Si3Ni4) să fie potrivită pentru substraturile electronice de putere. Caracteristicile ceramicii și o comparație detaliată a valorilor cheie, cum ar fi descărcarea parțială sau creșterea fisurilor, arată o influență semnificativă asupra comportamentului final al substratului, cum ar fi conductivitatea termică și comportamentul ciclic termic.