Mga Silicon Nitride Substrate para sa Pinahusay na Pagganap sa Power Electronics

Ang mga disenyo ng power module ngayon ay pangunahing nakabatay sa aluminum oxide (Al2O3) o AlN ceramic, ngunit ang pagtaas ng mga pangangailangan sa pagganap ay nagiging dahilan upang isaalang-alang ng mga designer ang mga advanced na alternatibong substrate. Ang isang halimbawa ay makikita sa mga xEV application kung saan ang pagtaas ng temperatura ng chip mula 150°C hanggang 200°C ay binabawasan ang mga pagkalugi ng switching ng 10%. Bukod pa rito, ang mga bagong teknolohiya sa packaging tulad ng solder at wire-bond-free na mga module ay ginagawang mahinang link ang kasalukuyang mga substrate.

Ang isa pang makabuluhang driver ng espesyal na kahalagahan ay ang pangangailangan para sa isang pagtaas ng buhay sa ilalim ng malupit na mga kondisyon tulad ng sa wind turbines. Ang mga wind turbine ay may inaasahang buhay na 15 taon nang walang kabiguan sa ilalim ng lahat ng mga kondisyon sa kapaligiran, na nagiging sanhi ng mga taga-disenyo ng application na ito na maghanap din ng mga pinahusay na teknolohiya ng substrate.

Ang ikatlong driver para sa pinahusay na mga opsyon sa substrate ay ang umuusbong na paggamit ng mga bahagi ng SiC. Ang mga unang module na gumagamit ng SiC at na-optimize na packaging ay nagpakita ng pagbabawas ng pagkawala sa pagitan ng 40 hanggang 70 % kumpara sa mga tradisyonal na module ngunit ipinakita rin ang pangangailangan para sa mga bagong pamamaraan ng packaging, kabilang ang mga substrate ng Si3N4. Ang lahat ng trend na ito ay maglilimita sa hinaharap na papel ng tradisyonal na Al2O3 at AlN substrates, habang ang mga substrate na nakabatay sa Si3N4 ang pipiliin ng designer para sa mga high-performance na power module sa hinaharap.

Ang mahusay na lakas ng baluktot, mataas na tibay ng bali, at mahusay na thermal conductivity ay ginagawang angkop ang silicon nitride (Si3Ni4) para sa mga power electronic substrates. Ang mga katangian ng ceramic at isang detalyadong paghahambing ng mga pangunahing halaga tulad ng partial discharge o crack growth ay nagpapakita ng malaking impluwensya sa panghuling gawi ng substrate tulad ng heat conductivity at thermal cycling behavior.