بسترهای نیترید سیلیکون برای بهبود عملکرد در الکترونیک قدرت

طراحی‌های ماژول‌های قدرت امروزی عمدتاً مبتنی بر اکسید آلومینیوم (Al2O3) یا سرامیک AlN هستند، اما افزایش تقاضای عملکرد باعث می‌شود طراحان جایگزین‌های زیرلایه پیشرفته را در نظر بگیرند. یک مثال در برنامه های xEV دیده می شود که در آن افزایش دمای تراشه از 150 درجه سانتی گراد به 200 درجه سانتی گراد، تلفات سوئیچینگ را تا 10 درصد کاهش می دهد. علاوه بر این، فناوری‌های جدید بسته‌بندی مانند لحیم کاری و ماژول‌های بدون سیم، بسترهای فعلی را به حلقه ضعیف تبدیل می‌کنند.

یکی دیگر از محرک های مهم که اهمیت ویژه ای دارد، نیاز به افزایش طول عمر در شرایط سخت مانند توربین های بادی است. عمر مورد انتظار توربین های بادی 15 سال بدون خرابی در تمام شرایط محیطی است که باعث می شود طراحان این برنامه به دنبال فناوری های بهبود یافته بستر نیز باشند.

عامل سوم برای گزینه های بستر بهبود یافته، استفاده نوظهور از اجزای SiC است. اولین ماژول‌ها با استفاده از SiC و بسته‌بندی بهینه شده، کاهش تلفات بین 40 تا 70 درصد را در مقایسه با ماژول‌های سنتی نشان دادند، اما نیاز به روش‌های بسته‌بندی جدید، از جمله بسترهای Si3N4 را نیز نشان دادند. همه این روندها نقش آینده زیرلایه های Al2O3 و AlN سنتی را محدود می کند، در حالی که بسترهای مبتنی بر Si3N4 انتخاب طراح برای ماژول های قدرت با کارایی بالا در آینده خواهد بود.

استحکام خمشی عالی، چقرمگی شکست بالا و هدایت حرارتی خوب، نیترید سیلیکون (Si3Ni4) را برای بسترهای الکترونیکی قدرت مناسب می‌سازد. ویژگی‌های سرامیک و مقایسه دقیق مقادیر کلیدی مانند تخلیه جزئی یا رشد ترک تأثیر قابل‌توجهی بر رفتار بستر نهایی مانند هدایت حرارتی و رفتار چرخه حرارتی نشان می‌دهد.