Vlastnosti keramických substrátů z nitridu křemíku

Jak všichni víme, teplo generované provozem polovodičových součástek je klíčovým faktorem, který způsobuje poruchu polovodičových součástek, a tepelná vodivost elektrického izolačního substrátu je klíčem k rozptylu tepla celého polovodičového součástky. Kromě toho je vzhledem ke složitému mechanickému prostředí, jako jsou nárazy a vibrace, vyžadován také materiál podkladu s určitou mechanickou spolehlivostí. Keramika z nitridu křemíku je vyváženější ve všech aspektech a je to strukturální keramický materiál s nejlepším celkovým výkonem. Proto má nitrid křemíku Si3N4 silnou konkurenceschopnost v oblasti výroby keramických substrátů pro výkonová elektronická zařízení.

V minulosti byl substrát obvodu kombinací samostatných komponent nebo integrovaných obvodů a diskrétních komponent za vzniku plochého materiálu, který splňuje požadavky celkové funkce obvodu. Vyžaduje pouze elektrickou izolaci a vodivost. Po vstupu do éry inteligentních informací je také nutné, aby výkonová elektronická zařízení dokázala převádět a ovládat elektrickou energii, což výrazně zlepšuje požadavky na výkon elektrického ovládání a přeměny výkonu a spotřebu provozního výkonu zařízení. Odpovídajícím způsobem již běžné substráty již nemohou splňovat vysoké požadavky na snížení tepelného odporu složitých výkonových zařízení, řízení provozní teploty a zajištění spolehlivosti, musí být vyměněn substrát s lepším výkonem a objevil se nový typ výkonového keramického substrátu.

Na základě výkonových požadavků elektronických zařízení pro keramické podklady by měl mít podkladový materiál následující vlastnosti:

1. dobrá izolace a odolnost proti elektrickému poškození;

2. Vysoká tepelná vodivost: tepelná vodivost přímo ovlivňuje provozní podmínky a životnost polovodičů a nerovnoměrné rozložení teplotního pole způsobené špatným odvodem tepla také výrazně zvýší hluk elektronických zařízení;

3. Koeficient tepelné roztažnosti odpovídá ostatním materiálům použitým v balení;

4. Dobré vysokofrekvenční charakteristiky: nízká dielektrická konstanta a nízká dielektrická ztráta;

5. Povrch je hladký a rovnoměrná tloušťka: je vhodné tisknout obvod na povrch podkladu a zajistit rovnoměrnou tloušťku tištěného obvodu.

V současnosti jsou nejpoužívanějšími keramickými substrátovými materiály hlavně oxid hlinitý Al2O3 a nitrid hliníku AlN. Jak je nitrid křemíku v porovnání s jejich výkonem? V následující tabulce je základní srovnání výkonu tří keramických podkladů. Je vidět, že keramické materiály z nitridu křemíku mají zjevné výhody, zejména odolnost vůči vysokoteplotním vlastnostem keramických materiálů z nitridu křemíku za vysokých teplot, chemickou inertnost vůči kovům a ultravysoké mechanické vlastnosti, jako je tvrdost a lomová houževnatost.

* Test spolehlivosti udává, kolikrát nedošlo k poškození materiálu za podmínek -40 až 150 stupňů Celsia.

Jelikož je nitrid křemíku tak vynikající, proč je stále méně uplatnění na trhu a kde jsou jeho možnosti rozvoje? Ve skutečnosti mají tyto tři materiály své vlastní výhody a nevýhody. Například i když má oxid hlinitý špatnou tepelnou vodivost a nedokáže držet krok s vývojovým trendem vysoce výkonných polovodičů, jeho výrobní proces je vyspělý a levný a stále existuje velká poptávka v oblastech low-end a mid-range . Nitrid hliníku má nejlepší tepelnou vodivost a dobře se hodí k polovodičovým materiálům. Může být použit ve špičkových průmyslových odvětvích, ale mechanické vlastnosti jsou špatné, což ovlivňuje životnost polovodičových součástek a má vyšší náklady na použití. Nitrid křemíku má nejlepší výkon z hlediska celkového výkonu, ale vstupní bariéra je vysoká. V současné době studuje v Číně mnoho domácích výzkumných ústavů a ​​podniků, ale technologie je obtížná, výrobní náklady vysoké a trh malý, takže se dosud neobjevily rozsáhlé aplikace. To je důvod, proč mnoho společností stále čeká, až uvidí, a nerozhodlo se zvýšit investice. Nyní je však situace jiná, protože svět vstoupil do kritického období vývoje třetí generace polovodičů. Keramické podklady na bázi nitridu křemíku vyzrály ve Spojených státech a Japonsku. Čína má v této oblasti dlouhou cestu. Existuje způsob, jak jít. S rozvojem technologií a zvyšováním poptávky na trhu věří UNIPRETEC stále více a více výsledků, které lze ukázat.