Substrats en nitrure de silicium pour des performances améliorées dans l'électronique de puissance
2021-06-15
Les conceptions actuelles de modules de puissance sont principalement basées sur de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) ou de la céramique AlN, mais les exigences croissantes en matière de performances amènent les concepteurs à envisager des alternatives de substrat avancées. Un exemple est celui des applications xEV où une augmentation de la température de la puce de 150°C à 200°C réduit les pertes de commutation de 10 %. De plus, les nouvelles technologies d'emballage telles que les modules sans soudure et sans fil font des substrats actuels le maillon faible.
Un autre facteur particulièrement important est la nécessité d’augmenter la durée de vie dans des conditions difficiles telles que celles des éoliennes. Les éoliennes ont une durée de vie prévue de 15 ans sans défaillance dans toutes les conditions environnementales, ce qui amène les concepteurs de cette application à rechercher également des technologies de substrat améliorées.
Un troisième facteur d’amélioration des options de substrat est l’utilisation émergente de composants SiC. Les premiers modules utilisant du SiC et un conditionnement optimisé ont montré une réduction des pertes comprise entre 40 et 70 % par rapport aux modules traditionnels, mais ont également nécessité de nouvelles méthodes de conditionnement, notamment des substrats Si3N4. Toutes ces tendances limiteront le rôle futur des substrats traditionnels Al2O3 et AlN, tandis que les substrats à base de Si3N4 seront à l’avenir le choix des concepteurs pour les modules de puissance hautes performances.
L'excellente résistance à la flexion, la ténacité élevée et la bonne conductivité thermique rendent le nitrure de silicium (Si3Ni4) bien adapté aux substrats électroniques de puissance. Les caractéristiques de la céramique et une comparaison détaillée de valeurs clés telles que la décharge partielle ou la croissance des fissures montrent une influence significative sur le comportement final du substrat, comme la conductivité thermique et le comportement aux cycles thermiques.
Un autre facteur particulièrement important est la nécessité d’augmenter la durée de vie dans des conditions difficiles telles que celles des éoliennes. Les éoliennes ont une durée de vie prévue de 15 ans sans défaillance dans toutes les conditions environnementales, ce qui amène les concepteurs de cette application à rechercher également des technologies de substrat améliorées.
Un troisième facteur d’amélioration des options de substrat est l’utilisation émergente de composants SiC. Les premiers modules utilisant du SiC et un conditionnement optimisé ont montré une réduction des pertes comprise entre 40 et 70 % par rapport aux modules traditionnels, mais ont également nécessité de nouvelles méthodes de conditionnement, notamment des substrats Si3N4. Toutes ces tendances limiteront le rôle futur des substrats traditionnels Al2O3 et AlN, tandis que les substrats à base de Si3N4 seront à l’avenir le choix des concepteurs pour les modules de puissance hautes performances.
L'excellente résistance à la flexion, la ténacité élevée et la bonne conductivité thermique rendent le nitrure de silicium (Si3Ni4) bien adapté aux substrats électroniques de puissance. Les caractéristiques de la céramique et une comparaison détaillée de valeurs clés telles que la décharge partielle ou la croissance des fissures montrent une influence significative sur le comportement final du substrat, comme la conductivité thermique et le comportement aux cycles thermiques.
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