Substrati iz silicijevega nitrida za izboljšano delovanje v močnostni elektroniki

Današnje zasnove napajalnih modulov temeljijo predvsem na aluminijevem oksidu (Al2O3) ali keramiki AlN, vendar vse večje zahteve glede zmogljivosti povzročajo, da oblikovalci razmišljajo o naprednih alternativah substrata. En primer je viden v aplikacijah xEV, kjer povečanje temperature čipa s 150 °C na 200 °C zmanjša izgube pri preklapljanju za 10 %. Poleg tega so zaradi novih tehnologij pakiranja, kot so moduli brez spajkanja in žice, trenutni substrati šibki člen.

Drug pomemben dejavnik posebnega pomena je potreba po daljši življenjski dobi v težkih pogojih, kot so vetrne turbine. Pričakovana življenjska doba vetrnih turbin je 15 let brez okvar v vseh okoljskih pogojih, zaradi česar oblikovalci te aplikacije iščejo tudi izboljšane tehnologije substrata.

Tretje gonilo za izboljšane možnosti substrata je nastajajoča uporaba komponent SiC. Prvi moduli, ki uporabljajo SiC in optimizirano embalažo, so pokazali zmanjšanje izgube med 40 in 70 % v primerjavi s tradicionalnimi moduli, hkrati pa so predstavili potrebo po novih metodah pakiranja, vključno s substrati Si3N4. Vsi ti trendi bodo omejili prihodnjo vlogo tradicionalnih substratov Al2O3 in AlN, medtem ko bodo substrati na osnovi Si3N4 izbira oblikovalcev za visoko zmogljive napajalne module v prihodnosti.

Zaradi odlične upogibne trdnosti, visoke lomne žilavosti in dobre toplotne prevodnosti je silicijev nitrid (Si3Ni4) zelo primeren za substrate močne elektronike. Značilnosti keramike in podrobna primerjava ključnih vrednosti, kot je delna razelektritev ali rast razpok, kažejo pomemben vpliv na končno obnašanje substrata, kot sta toplotna prevodnost in toplotno kroženje.