Com tots sabem, la calor generada pel funcionament dels dispositius semiconductors és el factor clau que provoca la fallada dels dispositius semiconductors i la conductivitat tèrmica del substrat aïllant elèctric és la clau per a la dissipació de la calor del dispositiu semiconductor general. A més, a causa del complex entorn mecànic com ara cops i vibracions, també es requereix el material del substrat amb certa fiabilitat mecànica. La ceràmica de nitrur de silici és més equilibrada en tots els aspectes i és un material ceràmic estructural amb el millor rendiment general. Per tant, el nitrur de silici Si3N4 té una forta competitivitat en el camp de la fabricació de substrats ceràmics per a dispositius electrònics de potència.
En el passat, el substrat del circuit era una combinació de components separats o circuits integrats i components discrets per formar un material pla que compleixi els requisits de la funció general del circuit. Només requereix aïllament elèctric i conductivitat. Després d’entrar a l’era de la informació intel·ligent, també es requereixen dispositius electrònics de potència per poder convertir i controlar l’energia elèctrica, cosa que millora considerablement els requisits de rendiment i de conversió d’energia elèctrica i el consum d’energia operativa dels dispositius. En conseqüència, els substrats normals ja no poden satisfer els requisits elevats de reduir la resistència tèrmica dels dispositius de potència complexos, controlar la temperatura de funcionament i garantir la fiabilitat, s’ha de substituir un substrat amb un millor rendiment i ha aparegut un nou tipus de substrat ceràmic de potència.
En funció dels requisits de rendiment dels dispositius electrònics per a substrats ceràmics, el material del substrat ha de tenir les propietats següents:
1. Bon aïllament i resistència a la ruptura elèctrica;
2. Alta conductivitat tèrmica: la conductivitat tèrmica afecta directament les condicions de funcionament i la vida útil dels semiconductors, i la distribució desigual del camp de temperatura causada per una mala dissipació de calor també augmentarà molt el soroll dels dispositius electrònics;
3. El coeficient d'expansió tèrmica coincideix amb altres materials utilitzats al paquet;
4. Bones característiques d'alta freqüència: baixa constant dielèctrica i baixa pèrdua dielèctrica;
5. La superfície és llisa i el gruix uniforme: és convenient imprimir el circuit a la superfície del substrat i assegurar el gruix uniforme del circuit imprès.
Actualment, els materials de substrat ceràmic més utilitzats són principalment l’òxid d’alumini Al2O3 i el nitrur d’alumini AlN. Com es compara el nitrur de silici amb el seu rendiment? La taula següent és la comparació bàsica del rendiment dels tres substrats ceràmics. Es pot veure que els materials ceràmics de nitrur de silici tenen avantatges evidents, especialment el rendiment de resistència a alta temperatura dels materials ceràmics de nitrur de silici en condicions d’alta temperatura, inertesa química envers els metalls i propietats mecàniques ultra altes com la duresa i la duresa a la fractura.
ARTICLE | UNITAT | Si3N4 | AlN | Al2O3 |
Resistència a la flexió | Mpa | 600 | 350 | 400 |
Duresa fractural | Mpa · m1/2 | 6.0 | 2.7 | 3.0 |
Conductivitat tèrmica | W/m.K | 80 | 180 | 25 |
Capacitat de càrrega actual | A | & gt; 300 | 100-300 | & lt; 100 |
Resistència tèrmica | ℃/W | & lt; 0,5 (0,5 mm Cu) | & lt; 0,5 (0,3 mm Cu) | & gt; 1.0 (0,3 mm Cu) |
Fiabilitat * | Temps | & gt; 5.000 | 200 | 300 |
Cost | - | Alt | Alt | baix |
* La prova de fiabilitat és el nombre de vegades que el material no es fa malbé amb la condició de -40 a 150 graus centígrads.
Com que el nitrur de silici és tan excel·lent, per què hi ha encara menys aplicacions al mercat i on són les seves oportunitats de desenvolupament? De fet, els tres materials tenen els seus propis avantatges i desavantatges. Per exemple, tot i que l’alúmina té una conductivitat tèrmica deficient i no pot mantenir-se al dia amb la tendència de desenvolupament dels semiconductors d’alta potència, el seu procés de fabricació és madur i de baix cost, i encara hi ha una gran demanda en els camps de gamma baixa i mitjana . El nitrur d'alumini té la millor conductivitat tèrmica i té una bona combinació amb materials semiconductors. Es pot utilitzar en indústries de gamma alta, però les propietats mecàniques són pobres, cosa que afecta la vida útil dels dispositius semiconductors i té un cost d’ús superior. El nitrur de silici té el millor rendiment en termes de rendiment general, però la barrera d’entrada és elevada. Actualment, molts instituts i empreses nacionals de recerca a la Xina estudien, però la tecnologia és difícil, el cost de producció és elevat i el mercat és petit, de manera que encara no han aparegut aplicacions a gran escala. Aquesta és la raó per la qual moltes empreses segueixen esperant i no s’han decidit a augmentar la inversió. Ara bé, la situació és diferent ara, perquè el món ha entrat en un període crític per al desenvolupament de la tercera generació de semiconductors. Els substrats de circuits ceràmics de nitrur de silici han madurat productes als Estats Units i al Japó. La Xina té un llarg camí per recórrer en aquesta àrea. Hi ha un camí per recórrer. Amb el desenvolupament de la tecnologia i l’augment de la demanda del mercat, UNIPRETEC creu que hi haurà cada cop més resultats que es poden mostrar.
