Kao što svi znamo, toplina koja nastaje radom poluvodičkih uređaja ključni je čimbenik koji uzrokuje kvar poluvodičkih uređaja, a toplinska vodljivost elektroizolacijske podloge ključ je odvođenja topline cjelokupnog poluvodičkog uređaja. Uz to, zbog složenog mehaničkog okruženja poput udaraca i vibracija, potreban je i materijal podloge s određenom mehaničkom pouzdanošću. Keramika silicijevog nitrida uravnoteženija je u svim aspektima i strukturni su keramički materijali s najboljim ukupnim performansama. Stoga Si3N4 silicijev nitrid ima snažnu konkurentnost na polju proizvodnje keramičke podloge za energetske elektroničke uređaje.
U prošlosti je supstrat kruga kombinacija zasebnih komponenata ili integriranih krugova i diskretnih komponenata da bi se stvorio ravan materijal koji udovoljava zahtjevima cjelokupne funkcije kruga. Potrebna je samo električna izolacija i vodljivost. Nakon ulaska u eru inteligentnih informacija, energetski elektronički uređaji također trebaju pretvoriti i kontrolirati električnu energiju, što uvelike poboljšava zahtjeve performansi električne kontrole i pretvorbe snage i operativnu potrošnju energije uređaja. Sukladno tome, obične podloge više ne mogu udovoljavati visokim zahtjevima smanjenja toplinske otpornosti složenih pogonskih uređaja, upravljanja radnom temperaturom i osiguranja pouzdanosti, podloga s boljim performansama mora se zamijeniti, a pojavila se nova vrsta moćne keramičke podloge.
Na temelju zahtjeva performansi elektroničkih uređaja za keramičke podloge, materijal podloge trebao bi imati sljedeća svojstva:
1. Dobra izolacija i otpornost na električni kvar;
2. Visoka toplinska vodljivost: toplinska vodljivost izravno utječe na radne uvjete i vijek trajanja poluvodiča, a neravnomjerna raspodjela temperaturnog polja uzrokovana lošim odvođenjem topline također će uvelike povećati buku elektroničkih uređaja;
3. Koeficijent toplinskog širenja odgovara ostalim materijalima koji se koriste u pakiranju;
4. Dobre karakteristike visoke frekvencije: niska dielektrična konstanta i mali dielektrični gubici;
5. Površina je glatka, a debljina ujednačena: prikladno je ispisati krug na površinu podloge i osigurati jednoliku debljinu tiskanog kruga.
Trenutno su najčešće korišteni keramički materijali za podlogu uglavnom Al2O3 Aluminij Oksid i AlN Aluminij Nitrid. Kako se silicijev nitrid uspoređuje s njihovim performansama? Sljedeća je tablica osnovna usporedba izvedbe triju keramičkih podloga. Vidljivo je da materijali od silicij-nitrid-keramike imaju očite prednosti, posebno otpornost keramičkih materijala od silicij-nitrid-keramike pod visokim temperaturama, kemijsku inertnost prema metalima i ultra-visoka mehanička svojstva poput tvrdoće i žilavosti na lom.
ARTIKAL | JEDINICA | Si3N4 | AlN | Al2O3 |
Snaga savijanja | Mpa | 600 | 350 | 400 |
Čvrstoća loma | Mpa · m1/2 | 6.0 | 2.7 | 3.0 |
Toplinska vodljivost | W/m.K | 80 | 180 | 25 |
Trenutni nosivi kapacitet | A | & gt; 300 | 100-300 | & lt; 100 |
Toplinski otpor | ℃/W | & lt; 0,5 (0,5 mm Cu) | & lt; 0,5 (0,3 mm Cu) | & gt; 1,0 (0,3 mm Cu) |
Pouzdanost* | Vrijeme | & gt; 5.000 | 200 | 300 |
Trošak | - | Visoko | Visoko | Niska |
* Ispitivanje pouzdanosti je koliko puta materijal nije oštećen pod uvjetom od -40 Celzijevih stupnjeva do 150 Celzijevih stupnjeva.
Budući da je silicijev nitrid tako izvrstan, zašto se još uvijek manje primjenjuje na tržištu i gdje su njegove mogućnosti za razvoj? Zapravo, tri materijala imaju svoje prednosti i nedostatke. Na primjer, iako aluminijev oksid ima lošu toplinsku vodljivost i ne može pratiti trend razvoja poluprovodnika velike snage, njegov je proizvodni proces zreo i jeftin, a još uvijek postoji velika potražnja u poljima niskog i srednjeg dometa . Aluminijev nitrid ima najbolju toplinsku vodljivost i dobro se podudara s poluvodičkim materijalima. Može se koristiti u vrhunskim industrijama, ali mehanička svojstva su loša, što utječe na životni vijek poluvodičkih uređaja i ima veću cijenu upotrebe. Silicijev nitrid ima najbolje performanse u pogledu ukupnih performansi, ali ulazna barijera je velika. Trenutno studiraju mnogi domaći istraživački instituti i poduzeća u Kini, ali tehnologija je teška, proizvodni su troškovi visoki, a tržište malo, pa se još uvijek nisu pojavile velike aplikacije. To je razlog zašto mnoge tvrtke još uvijek čekaju i nisu se odlučile povećati ulaganja. Međutim, sada je situacija drugačija, jer je svijet ušao u kritično razdoblje za razvoj treće generacije poluvodiča. Podloge za silicij-nitrid-keramičke krugove sazrijevale su u Sjedinjenim Državama i Japanu. Kina ima dug put na ovom području. Postoji put kojim se ide. Razvojem tehnologije i povećanjem potražnje na tržištu UNIPRETEC vjeruje da će se pokazati sve više i više rezultata.
