पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में बेहतर प्रदर्शन के लिए सिलिकॉन नाइट्राइड सबस्ट्रेट्स

आज के पावर मॉड्यूल डिज़ाइन मुख्य रूप से एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al2O3) या AlN सिरेमिक पर आधारित हैं, लेकिन बढ़ती प्रदर्शन मांगों के कारण डिजाइनर उन्नत सब्सट्रेट विकल्पों पर विचार कर रहे हैं। एक उदाहरण xEV अनुप्रयोगों में देखा जाता है जहां चिप तापमान को 150°C से 200°C तक बढ़ाने से स्विचिंग हानि 10% कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, सोल्डर और वायर-बॉन्ड-मुक्त मॉड्यूल जैसी नई पैकेजिंग प्रौद्योगिकियां मौजूदा सब्सट्रेट्स को कमजोर कड़ी बना रही हैं।

विशेष महत्व का एक अन्य महत्वपूर्ण चालक पवन टरबाइन जैसी कठोर परिस्थितियों में बढ़े हुए जीवनकाल की आवश्यकता है। पवन टरबाइनों का जीवनकाल सभी पर्यावरणीय परिस्थितियों में विफलता के बिना 15 वर्षों का होता है, जिससे इस एप्लिकेशन के डिजाइनरों को बेहतर सब्सट्रेट प्रौद्योगिकियों की भी तलाश करनी पड़ती है।

बेहतर सब्सट्रेट विकल्पों के लिए तीसरा ड्राइवर SiC घटकों का उभरता हुआ उपयोग है। SiC और अनुकूलित पैकेजिंग का उपयोग करने वाले पहले मॉड्यूल ने पारंपरिक मॉड्यूल की तुलना में 40 से 70% के बीच हानि में कमी देखी, लेकिन Si3N4 सबस्ट्रेट्स सहित नई पैकेजिंग विधियों की आवश्यकता भी प्रस्तुत की। ये सभी रुझान पारंपरिक Al2O3 और AlN सब्सट्रेट्स की भविष्य की भूमिका को सीमित कर देंगे, जबकि Si3N4 पर आधारित सब्सट्रेट्स भविष्य में उच्च-प्रदर्शन पावर मॉड्यूल के लिए डिजाइनर की पसंद होंगे।

उत्कृष्ट झुकने की ताकत, उच्च फ्रैक्चर क्रूरता और अच्छी तापीय चालकता सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3Ni4) को बिजली इलेक्ट्रॉनिक सब्सट्रेट्स के लिए उपयुक्त बनाती है। सिरेमिक की विशेषताएं और आंशिक निर्वहन या दरार वृद्धि जैसे प्रमुख मूल्यों की विस्तृत तुलना गर्मी चालकता और थर्मल साइक्लिंग व्यवहार जैसे अंतिम सब्सट्रेट व्यवहार पर महत्वपूर्ण प्रभाव दिखाती है।