Siliziumnitrid -Keramik -Substrat

SiliziumnitridkeramikDas Substrat ist ein Hochleistungs-Keramik-Substrat aus Siliziumnitrid (si₃n₄) als Kernmaterial. Seine Hauptkomponenten sind Silizium- (SI )- und Stickstoffelemente (N), die chemisch zu SI₃n₄ gebunden sind. Während des Herstellungsprozesses werden normalerweise eine kleine Menge Sinterhilfen wie Aluminiumoxid (al₂o₃) oder Yttriumoxid (y₂o₃) hinzugefügt, um das Material bei hohen Temperaturen eine dichte und gleichmäßige Mikrostruktur zu bilden.

Die interne Kristallstruktur von Siliziumnitrid-Keramik-Substraten ist hauptsächlich eine β-Phase, wobei ineinandergreifende Körner ein stabiles Wabennetz bilden. Diese einzigartige Anordnung vermittelt eine hohe mechanische Festigkeit und eine hervorragende thermische Stoßschockwiderstand gegen das Material. Die dichte Struktur, die durch Hochtemperatursintern erreicht wird, führt zu einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es wird häufig in Elektronik, Stromausrüstung und Luft- und Raumfahrt verwendet, wobei es typischerweise als Wärmedissipationsplattform oder isolierende Stützkomponente für elektronische Komponenten dient.

Siliziumnitridwird als Keramiksubstrat vertraut, da es den wachsenden Anforderungen an thermische Kontrolle und strukturelle Zuverlässigkeit in kompakten elektronischen Hochleistungsgeräten entspricht. Mit zunehmender Dichte der Geräte haben traditionelle Substrate Schwierigkeiten, mit thermischer Belastung und mechanischen Belastungen umzugehen.

Siliziumnitridsubstrate behalten selbst unter einem schnellen thermischen Radfahren die mechanische Stabilität. Dies macht sie ideal für IGBTs, Leistungsmodule und Automobilwechselrichterschaltungen, bei denen die Leistungsdissipation hoch ist und das Versagen inakzeptabel ist.

Es wird auch in RF-Anwendungen bevorzugt, in denen Substrate feinleitende Schaltkreise unterstützen und eine stabile dielektrische Konstante aufrechterhalten müssen-ein Gleichgewicht der elektrischen und thermischen Eigenschaften, die in traditionellen Materialien schwer zu finden sind.

Siliziumnitridsubstrateigenschaften

1. Thermische Leitfähigkeit

Mit einer thermischen Leitfähigkeit von ungefähr 80–90 W/(M · k) übertrifft Siliziumnitridsubstrate die Aluminiumoxidkeramik bei Wärmeableitung. Beispielsweise können Siliziumnitrid -Substrate in Elektrofahrzeugmodulen die Chiptemperaturen um über 30%reduzieren und damit die Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert.

2. Mechanische Stärke

Die Drei-Punkte-Biegefestigkeit kann 800 MPa überschreiten, ungefähr das Dreifache der Alumina-Keramik. Tests haben gezeigt, dass ein 0,32 mm dickes Substrat einem Druck von 400 n ohne Knacken standhalten kann.

3. Thermalstabilität

Der stabile Betriebsbereich beträgt -50 ° C bis 800 ° C und sein Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt nur 3,2 × 10 ° C/° C, wodurch sie mit Halbleitermaterialien gut abgestimmt ist. Beispielsweise reduzierte das Umschalten auf ein Siliziumnitrid-Substrat in einem Wechselrichter mit Hochgeschwindigkeitszug die Ausfallrate aufgrund von Änderungen der schnellen Temperatur um 67%.

4. Isolationsleistung

Bei Raumtemperatur beträgt sein Volumenwiderstand größer als 10¹⁴ ω · cm und seine dielektrische Abbaustärke 20 kV/mm, was den Isolationsanforderungen für Hochspannungs-IGBT-Module voll und ganz erfüllt.

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