Substrat Silikon Nitrida untuk Peningkatan Kinerja dalam Elektronika Daya

Desain modul daya saat ini sebagian besar didasarkan pada aluminium oksida (Al2O3) atau keramik AlN, namun tuntutan kinerja yang semakin meningkat menyebabkan para perancang mempertimbangkan alternatif substrat yang lebih canggih. Salah satu contoh terlihat pada aplikasi xEV di mana peningkatan suhu chip dari 150°C ke 200°C mengurangi kerugian peralihan sebesar 10%. Selain itu, teknologi pengemasan baru seperti modul solder dan bebas ikatan kawat menjadikan substrat saat ini sebagai titik lemah.

Penggerak penting lainnya yang sangat penting adalah kebutuhan akan peningkatan masa pakai dalam kondisi yang sulit seperti pada turbin angin. Turbin angin diperkirakan memiliki masa pakai selama 15 tahun tanpa kegagalan dalam semua kondisi lingkungan, sehingga perancang aplikasi ini juga mencari teknologi substrat yang lebih baik.

Faktor ketiga yang mendorong peningkatan opsi media adalah munculnya penggunaan komponen SiC. Modul pertama yang menggunakan SiC dan pengemasan yang dioptimalkan menunjukkan pengurangan kerugian antara 40 hingga 70 % dibandingkan modul tradisional, namun juga menunjukkan perlunya metode pengemasan baru, termasuk substrat Si3N4. Semua tren ini akan membatasi peran substrat Al2O3 dan AlN tradisional di masa depan, sementara substrat berbasis Si3N4 akan menjadi pilihan perancang untuk modul daya berkinerja tinggi di masa depan.

Kekuatan lentur yang sangat baik, ketangguhan patah yang tinggi, dan konduktivitas termal yang baik membuat silikon nitrida (Si3Ni4) sangat cocok untuk substrat elektronika daya. Karakteristik keramik dan perbandingan detail nilai-nilai penting seperti pelepasan sebagian atau pertumbuhan retakan menunjukkan pengaruh signifikan terhadap perilaku substrat akhir seperti konduktivitas panas dan perilaku siklus termal.