Chất nền Silicon Nitride để cải thiện hiệu suất trong thiết bị điện tử công suất

Các thiết kế mô-đun nguồn ngày nay chủ yếu dựa trên oxit nhôm (Al2O3) hoặc gốm AlN, nhưng nhu cầu về hiệu suất ngày càng tăng đang khiến các nhà thiết kế phải xem xét các giải pháp thay thế chất nền tiên tiến. Một ví dụ được thấy trong các ứng dụng xEV trong đó việc tăng nhiệt độ chip từ 150°C lên 200°C giúp giảm 10% tổn thất chuyển mạch. Ngoài ra, các công nghệ đóng gói mới như mô-đun hàn và không liên kết dây đang khiến các chất nền hiện tại trở thành liên kết yếu.

Một động lực quan trọng khác có tầm quan trọng đặc biệt là nhu cầu tăng tuổi thọ trong điều kiện khắc nghiệt như với tua-bin gió. Tua bin gió có tuổi thọ dự kiến ​​là 15 năm mà không gặp sự cố trong mọi điều kiện môi trường, khiến các nhà thiết kế ứng dụng này cũng phải tìm kiếm các công nghệ chất nền cải tiến.

Động lực thứ ba để cải thiện các tùy chọn chất nền là việc sử dụng các thành phần SiC mới nổi. Các mô-đun đầu tiên sử dụng SiC và bao bì được tối ưu hóa cho thấy mức giảm tổn thất từ ​​40 đến 70% so với các mô-đun truyền thống nhưng cũng cho thấy nhu cầu về các phương pháp đóng gói mới, bao gồm cả chất nền Si3N4. Tất cả những xu hướng này sẽ hạn chế vai trò trong tương lai của chất nền Al2O3 và AlN truyền thống, trong khi chất nền dựa trên Si3N4 sẽ là lựa chọn của nhà thiết kế cho các mô-đun năng lượng hiệu suất cao trong tương lai.

Độ bền uốn tuyệt vời, độ bền gãy cao và tính dẫn nhiệt tốt làm cho silicon nitride (Si3Ni4) rất phù hợp cho chất nền điện tử công suất. Các đặc tính của gốm và so sánh chi tiết các giá trị chính như phóng điện cục bộ hoặc sự phát triển của vết nứt cho thấy ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của chất nền cuối cùng như độ dẫn nhiệt và hoạt động của chu trình nhiệt.