Подложки из нитрида кремния для улучшения характеристик силовой электроники

Сегодняшние конструкции модулей питания в основном основаны на оксиде алюминия (Al2O3) или керамике AlN, но растущие требования к производительности заставляют проектировщиков рассматривать более совершенные альтернативные подложки. Один из примеров можно увидеть в приложениях xEV, где повышение температуры чипа со 150°C до 200°C снижает потери на переключение на 10%. Кроме того, новые технологии упаковки, такие как модули без пайки и проводного соединения, делают существующие подложки слабым звеном.

Еще одним важным фактором особой важности является необходимость увеличения срока службы в суровых условиях, таких как ветряные турбины. Ожидаемый срок службы ветряных турбин составляет 15 лет без сбоев при любых условиях окружающей среды, что заставляет разработчиков этого приложения также искать улучшенные технологии подложки.

Третьим фактором, способствующим улучшению вариантов подложек, является растущее использование компонентов SiC. Первые модули, использующие SiC и оптимизированную упаковку, показали снижение потерь на 40–70 % по сравнению с традиционными модулями, но также потребовали новых методов упаковки, включая подложки Si3N4. Все эти тенденции ограничат будущую роль традиционных подложек Al2O3 и AlN, в то время как подложки на основе Si3N4 станут выбором дизайнеров для высокопроизводительных силовых модулей в будущем.

Превосходная прочность на изгиб, высокая вязкость разрушения и хорошая теплопроводность делают нитрид кремния (Si3Ni4) хорошо подходящим для подложек силовой электроники. Характеристики керамики и детальное сравнение ключевых параметров, таких как частичный разряд или рост трещин, показывают значительное влияние на конечное поведение подложки, такое как теплопроводность и поведение при термоциклировании.