Piinitridialustat tehoelektroniikan tehokkuuden parantamiseksi

Nykyiset tehomoduulimallit perustuvat pääasiassa alumiinioksidiin (Al2O3) tai AlN-keramiikkaan, mutta kasvavat suorituskykyvaatimukset saavat suunnittelijat harkitsemaan edistyneitä substraattivaihtoehtoja. Yksi esimerkki on nähtävissä xEV-sovelluksissa, joissa sirun lämpötilan nousu 150°C:sta 200°C:een vähentää kytkentähäviöitä 10 %. Lisäksi uudet pakkaustekniikat, kuten juotos- ja lankasitomattomat moduulit, tekevät nykyisistä substraateista heikon lenkin.

Toinen merkittävä erityisen tärkeä tekijä on tarve pidentää käyttöikää ankarissa olosuhteissa, kuten tuuliturbiinien kanssa. Tuulivoimaloiden odotettu käyttöikä on 15 vuotta ilman vikaa kaikissa ympäristöolosuhteissa, minkä vuoksi tämän sovelluksen suunnittelijat etsivät myös parempia substraattitekniikoita.

Kolmas parannettujen substraattivaihtoehtojen edistäjä on piikarbidikomponenttien kasvava käyttö. Ensimmäiset moduulit, joissa käytettiin piikarbidia ja optimoitua pakkausta, osoittivat 40–70 %:n häviön pienenemistä perinteisiin moduuleihin verrattuna, mutta osoittivat myös tarvetta uusille pakkausmenetelmille, mukaan lukien Si3N4-substraatit. Kaikki nämä trendit rajoittavat perinteisten Al2O3- ja AlN-substraattien tulevaa roolia, kun taas Si3N4-pohjaiset substraatit ovat suunnittelijan valinta korkean suorituskyvyn tehomoduuleille tulevaisuudessa.

Erinomainen taivutuslujuus, suuri murtolujuus ja hyvä lämmönjohtavuus tekevät piinitridistä (Si3Ni4) hyvin sopivan tehoelektroniikkaalustoille. Keramiikan ominaisuudet ja avainarvojen, kuten osittaisen purkauksen tai halkeaman kasvun, yksityiskohtainen vertailu osoittavat merkittävän vaikutuksen substraatin lopulliseen käyttäytymiseen, kuten lämmönjohtavuuteen ja lämpökiertokäyttäytymiseen.