Характеристики керамических подложек из нитрида кремния

Как мы все знаем, тепло, выделяемое при работе полупроводниковых устройств, является ключевым фактором, вызывающим отказ полупроводниковых устройств, а теплопроводность электроизоляционной подложки является ключом к рассеиванию тепла всего полупроводникового устройства. Кроме того, из-за сложной механической среды, такой как удары и вибрации, также требуется материал подложки с определенной механической надежностью. Керамика из нитрида кремния более сбалансирована по всем параметрам и является конструкционным керамическим материалом с лучшими общими характеристиками. Таким образом, нитрид кремния Si3N4 имеет сильную конкурентоспособность в области изготовления керамических подложек для силовых электронных устройств.

В прошлом подложка схемы представляла собой комбинацию отдельных компонентов или интегральных схем и дискретных компонентов, образующих плоский материал, отвечающий требованиям общей функции схемы. Требуется только электрическая изоляция и проводимость. После вступления в эру интеллектуальной информации силовые электронные устройства также должны иметь возможность преобразовывать и контролировать электрическую энергию, что значительно улучшает требования к характеристикам электрического управления и преобразования энергии и потребляемой мощности устройств. Соответственно, обычные подложки больше не могут соответствовать высоким требованиям по снижению теплового сопротивления сложных силовых устройств, контролю рабочей температуры и обеспечению надежности, необходимо заменить подложку с лучшими характеристиками, и появился новый тип силовой керамической подложки.

Исходя из требований к характеристикам электронных устройств для керамических подложек, материал подложки должен иметь следующие свойства:

1. Хорошая изоляция и устойчивость к электрическому пробою;

2. Высокая теплопроводность: теплопроводность напрямую влияет на условия эксплуатации и срок службы полупроводников, а неравномерное распределение температурного поля, вызванное плохим отводом тепла, также значительно увеличивает шум электронных устройств;

3. Коэффициент теплового расширения соответствует другим материалам, используемым в упаковке;

4. Хорошие высокочастотные характеристики: низкая диэлектрическая проницаемость и низкие диэлектрические потери;

5. Поверхность гладкая, а толщина одинаковая: удобно печатать схему на поверхности подложки и обеспечивать равномерную толщину печатной схемы.

В настоящее время наиболее широко используемыми материалами керамических подложек являются в основном оксид алюминия Al2O3 и нитрид алюминия AlN. Как нитрид кремния по сравнению с их характеристиками? Следующая таблица представляет собой базовое сравнение производительности трех керамических подложек. Можно видеть, что керамические материалы из нитрида кремния обладают очевидными преимуществами, в частности, стойкостью к высоким температурам керамических материалов из нитрида кремния в условиях высоких температур, химической инертностью по отношению к металлам и сверхвысокими механическими свойствами, такими как твердость и вязкость разрушения.

* Проверка надежности - это количество раз, когда материал не повреждается при температуре от -40 до 150 градусов по Цельсию.

Поскольку нитрид кремния настолько хорош, почему на рынке все еще меньше приложений и где возможности его развития? На самом деле у этих трех материалов есть свои преимущества и недостатки. Например, хотя оксид алюминия имеет низкую теплопроводность и не может идти в ногу с тенденцией развития мощных полупроводников, его производственный процесс является зрелым и недорогим, и все еще существует большой спрос в областях низкого и среднего уровня. . Нитрид алюминия имеет лучшую теплопроводность и хорошо сочетается с полупроводниковыми материалами. Его можно использовать в высокотехнологичных отраслях промышленности, но его механические свойства плохие, что влияет на срок службы полупроводниковых устройств и требует более высокой стоимости использования. Нитрид кремния обладает лучшими характеристиками с точки зрения общих характеристик, но входной барьер высок. В настоящее время многие отечественные научно-исследовательские институты и предприятия в Китае изучают, но технология сложная, стоимость производства высокая, а рынок небольшой, поэтому масштабные приложения еще не появились. Это причина, по которой многие компании все еще ждут, чтобы увидеть, и не решили увеличить инвестиции. Однако сейчас ситуация иная, потому что мир вступил в критический период для развития полупроводников третьего поколения. Керамические подложки для схем из нитрида кремния стали продуктом зрелости в США и Японии. Китаю предстоит пройти долгий путь в этой области. Есть способ пойти. UNIPRETEC полагает, что с развитием технологий и повышением рыночного спроса можно будет показать все больше и больше результатов.