תכונות של מצעים קרמי סיליקון ניטריד

כפי שכולנו יודעים, החום שנוצר על ידי הפעולה של התקני מוליכים למחצה הוא גורם המפתח שגורם לכשל של התקני מוליכים למחצה, ואת המוליכות התרמית של מצע בידוד חשמלי הוא המפתח לפיזור החום של מכשיר המוליכים למחצה הכולל. בנוסף, בשל הסביבה המכנית המורכבת כגון בליטות ותנודות, חומר המצע עם אמינות מכנית מסוימת נדרש גם. סיליקון nitride קרמיקה מאוזנת יותר בכל ההיבטים, והוא חומרים קרמיים מבניים עם הביצועים הכוללים הטובים ביותר. לכן, Si3N4 סיליקון nitride יש תחרותיות חזקה בתחום ייצור מצע קרמיקה עבור מכשירים אלקטרוניים כוח.

בעבר, מצע המעגל הוא שילוב של רכיבים נפרדים או מעגלים משולבים ורכיבים נפרדים ליצירת חומר שטוח העונה על הדרישות של פונקציית המעגל הכוללת. זה דורש רק בידוד חשמלי ומוליכות. לאחר הזנת עידן המידע החכם, נדרשים גם התקנים אלקטרוניים חשמליים חשמליים כדי להיות מסוגלים להמיר ולשלוט באנרגיה חשמלית, מה שמשפר מאוד את דרישות הביצועים של בקרת חשמל והמרת הספק וצריכת החשמל התפעולית של המכשירים. בהתאמה, מצעים רגילים אינם יכולים עוד לעמוד בדרישות הגבוהות של הפחתת ההתנגדות התרמית של התקני הספק מורכבים, שליטה בטמפרטורת ההפעלה והבטחת אמינות, יש להחליף מצע עם ביצועים טובים יותר, ונוצר סוג חדש של מצע קרמי חשמלי.

בהתבסס על דרישות הביצועים של מכשירים אלקטרוניים עבור מצעים קרמיים, חומר המצע צריך להיות בעל המאפיינים הבאים:

1. בידוד טוב והתנגדות להתמוטטות חשמלית;

2. מוליכות תרמית גבוהה: מוליכות תרמית משפיעה ישירות על תנאי הפעולה וחיי השירות של מוליכים למחצה, והפצת שדה הטמפרטורה הלא אחידה הנגרמת על ידי פיזור חום לקוי גם תגדיל מאוד את הרעש של מכשירים אלקטרוניים;

3. מקדם ההתפשטות התרמית תואם לחומרים אחרים המשמשים בחבילה;

4. מאפיינים טובים בתדר גבוה: קבוע דיאלקטרי נמוך ואובדן דיאלקטרי נמוך;

5. פני השטח חלקים ועוביו אחיד: נוח להדפיס את המעגל על פני המצע, ולהבטיח את עוביו האחיד של המעגל המודפס.

כיום, החומרים הנפוצים ביותר מצע קרמיקה הם בעיקר תחמוצת אלומיניום Al2O3 ו AlN אלומיניום Nitride. איך סיליקון ניטריד משתווה לביצועים שלהם? הטבלה הבאה היא השוואת הביצועים הבסיסית של שלושת מצעי הקרמיקה. ניתן לראות כי חומרים קרמיים ניטריד סיליקון יש יתרונות ברורים, במיוחד את הביצועים עמידות בטמפרטורה גבוהה של חומרים קרמיים ניטריד סיליקון בתנאי טמפרטורה גבוהה, אינרציה כימית מתכות, תכונות מכניות גבוהות במיוחד כגון קשיות וקשיחות שבר.

* מבחן האמינות הוא מספר הפעמים שהחומר אינו ניזוק במצב של -40 מעלות צלזיוס עד 150 מעלות צלזיוס.

מאז nitride סיליקון הוא כל כך מעולה, למה יש עדיין פחות יישום בשוק, ואיפה הזדמנויות הפיתוח שלה? למעשה, לשלושת החומרים יש יתרונות וחסרונות משלהם. לדוגמה, למרות אלומינה יש מוליכות תרמית ירודה ולא יכול לשמור על קשר עם מגמת הפיתוח של מוליכים למחצה בהספק גבוה, תהליך הייצור שלה הוא בוגר ועלות נמוכה, ועדיין יש ביקוש גדול בתחומים לטווח נמוך ובינוני. אלומיניום nitride יש מוליכות תרמית הטובה ביותר ויש לו התאמה טובה עם חומרים מוליכים למחצה. זה יכול לשמש בתעשיות high-end, אבל המאפיינים המכאניים הם עניים, אשר משפיע על החיים של התקני מוליכים למחצה ויש לו עלות גבוהה יותר של שימוש. סיליקון nitride יש את הביצועים הטובים ביותר במונחים של הביצועים הכוללים, אבל מחסום הכניסה הוא גבוה. כיום, מכוני מחקר מקומיים רבים ומפעלים בסין לומדים, אבל הטכנולוגיה קשה, עלות הייצור גבוהה, והשוק קטן, ולכן יישומים בקנה מידה גדול עדיין לא הופיעו. זו הסיבה שחברות רבות עדיין מחכות לראות ולא החליטו להגדיל את ההשקעה. עם זאת, המצב שונה כעת, משום שהעולם נכנס לתקופה קריטית להתפתחות הדור השלישי של מוליכים למחצה. מצעים מעגל קרמי סיליקון nitride הבשילו מוצרים בארצות הברית וביפן. לסין יש עוד דרך ארוכה באזור הזה. יש דרך ללכת. עם התפתחות הטכנולוגיה והעלייה בביקוש בשוק, UNIPRETEC מאמינה שיהיו יותר ויותר תוצאות שניתן להציג.