Υποστρώματα νιτριδίου πυριτίου για βελτιωμένη απόδοση στα ηλεκτρονικά ισχύος

Τα σημερινά σχέδια μονάδων ισχύος βασίζονται κυρίως σε οξείδιο αλουμινίου (Al2O3) ή κεραμικό AlN, αλλά οι αυξανόμενες απαιτήσεις απόδοσης αναγκάζουν τους σχεδιαστές να εξετάσουν προηγμένες εναλλακτικές λύσεις υποστρώματος. Ένα παράδειγμα φαίνεται σε εφαρμογές xEV όπου η αύξηση της θερμοκρασίας του τσιπ από 150°C σε 200°C μειώνει τις απώλειες μεταγωγής κατά 10%. Επιπλέον, οι νέες τεχνολογίες συσκευασίας, όπως οι μονάδες συγκόλλησης και χωρίς σύρματα, καθιστούν τα τρέχοντα υποστρώματα τον αδύναμο κρίκο.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας ιδιαίτερης σημασίας είναι η ανάγκη για αυξημένη διάρκεια ζωής κάτω από σκληρές συνθήκες όπως οι ανεμογεννήτριες. Οι ανεμογεννήτριες έχουν αναμενόμενη διάρκεια ζωής 15 ετών χωρίς αστοχία κάτω από όλες τις περιβαλλοντικές συνθήκες, αναγκάζοντας τους σχεδιαστές αυτής της εφαρμογής να αναζητήσουν επίσης βελτιωμένες τεχνολογίες υποστρώματος.

Ένας τρίτος οδηγός για βελτιωμένες επιλογές υποστρώματος είναι η αναδυόμενη χρήση εξαρτημάτων SiC. Οι πρώτες μονάδες που χρησιμοποιούν SiC και βελτιστοποιημένη συσκευασία εμφάνισαν μείωση απώλειας μεταξύ 40 έως 70 % σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μονάδες, αλλά παρουσίασαν επίσης την ανάγκη για νέες μεθόδους συσκευασίας, συμπεριλαμβανομένων των υποστρωμάτων Si3N4. Όλες αυτές οι τάσεις θα περιορίσουν τον μελλοντικό ρόλο των παραδοσιακών υποστρωμάτων Al2O3 και AlN, ενώ τα υποστρώματα που βασίζονται στο Si3N4 θα είναι η επιλογή του σχεδιαστή για μονάδες ισχύος υψηλής απόδοσης στο μέλλον.

Η εξαιρετική αντοχή σε κάμψη, η υψηλή αντοχή στη θραύση και η καλή θερμική αγωγιμότητα καθιστούν το νιτρίδιο του πυριτίου (Si3Ni4) κατάλληλο για ηλεκτρονικά υποστρώματα ισχύος. Τα χαρακτηριστικά του κεραμικού και η λεπτομερής σύγκριση βασικών τιμών όπως η μερική εκφόρτιση ή η ανάπτυξη ρωγμών δείχνουν σημαντική επίδραση στην τελική συμπεριφορά του υποστρώματος, όπως η θερμική αγωγιμότητα και η συμπεριφορά θερμικού κύκλου.