Güç Elektroniğinde Geliştirilmiş Performans için Silikon Nitrür Yüzeyler

Günümüzün güç modülü tasarımları öncelikle alüminyum oksit (Al2O3) veya AlN seramiğine dayanmaktadır, ancak artan performans talepleri tasarımcıların gelişmiş alt tabaka alternatiflerini dikkate almasına neden olmaktadır. Bunun bir örneği, çip sıcaklığının 150°C'den 200°C'ye çıkarılmasının anahtarlama kayıplarını %10 oranında azalttığı xEV uygulamalarında görülmektedir. Ek olarak, lehim ve tel bağı içermeyen modüller gibi yeni paketleme teknolojileri, mevcut alt tabakaları zayıf halka haline getiriyor.

Özel öneme sahip bir diğer önemli faktör ise rüzgar türbinleri gibi zorlu koşullar altında kullanım ömrünün uzatılması ihtiyacıdır. Rüzgar türbinlerinin tüm çevresel koşullar altında arıza olmaksızın 15 yıllık bir beklenen ömre sahip olması, bu uygulamanın tasarımcılarının da gelişmiş alt katman teknolojileri aramasına neden oluyor.

Geliştirilmiş alt tabaka seçeneklerinin üçüncü etkeni, SiC bileşenlerinin giderek artan kullanımıdır. SiC ve optimize edilmiş paketleme kullanan ilk modüller, geleneksel modüllere kıyasla %40 ila %70 arasında bir kayıp azalması gösterdi ancak aynı zamanda Si3N4 substratları da dahil olmak üzere yeni paketleme yöntemlerine olan ihtiyacı da ortaya çıkardı. Tüm bu trendler, geleneksel Al2O3 ve AlN substratlarının gelecekteki rolünü sınırlayacak; Si3N4 bazlı substratlar ise gelecekte yüksek performanslı güç modülleri için tasarımcının tercihi olacak.

Mükemmel bükülme mukavemeti, yüksek kırılma dayanıklılığı ve iyi termal iletkenlik, silikon nitrürü (Si3Ni4) güç elektroniği alt katmanları için çok uygun hale getirir. Seramiğin özellikleri ve kısmi boşalma veya çatlak büyümesi gibi temel değerlerin ayrıntılı bir karşılaştırması, ısı iletkenliği ve termal döngü davranışı gibi nihai alt tabaka davranışı üzerinde önemli bir etki gösterir.