Značilnosti keramičnih substratov iz silicijevega nitrida

Kot vsi vemo, je toplota, ki nastane pri delovanju polprevodniških naprav, ključni dejavnik, ki povzroči odpoved polprevodniških naprav, toplotna prevodnost električnega izolacijskega substrata pa ključna pri odvajanju toplote celotne polprevodniške naprave. Poleg tega je zaradi zapletenega mehanskega okolja, kot so udarci in vibracije, potreben tudi material podlage z določeno mehansko zanesljivostjo. Keramika iz silicijevega nitrida je v vseh pogledih bolj uravnotežena in je strukturna keramika z najboljšimi splošnimi zmogljivostmi. Zato ima silicijev nitrid Si3N4 močno konkurenčnost na področju proizvodnje keramične podlage za elektronske naprave.

V preteklosti je substrat vezja kombinacija ločenih komponent ali integriranih vezij in diskretnih komponent, da tvori ploščat material, ki ustreza zahtevam celotne funkcije vezja. Zahteva le električno izolacijo in prevodnost. Po vstopu v dobo inteligentnih informacij morajo tudi elektronske naprave za pretvorbo in nadzor električne energije, kar močno izboljša zahteve glede zmogljivosti električnega nadzora in pretvorbe moči ter porabo delovne energije naprav. V skladu s tem navadne podlage ne morejo več izpolnjevati visokih zahtev po zmanjšanju toplotne odpornosti kompleksnih napajalnih naprav, uravnavanju delovne temperature in zagotavljanju zanesljivosti, zato je treba zamenjati podlago z boljšimi zmogljivostmi in pojavila se je nova vrsta močne keramične podlage.

Glede na zahteve glede zmogljivosti elektronskih naprav za keramične podlage mora imeti material podlage naslednje lastnosti:

1. dobra izolacija in odpornost proti električni okvari;

2. Visoka toplotna prevodnost: toplotna prevodnost neposredno vpliva na pogoje delovanja in življenjsko dobo polprevodnikov, neenakomerna porazdelitev temperaturnega polja, ki jo povzroča slabo odvajanje toplote, pa bo močno povečala tudi hrup elektronskih naprav;

3. Koeficient toplotnega raztezanja se ujema z drugimi materiali, uporabljenimi v embalaži;

4. Dobre visokofrekvenčne lastnosti: nizka dielektrična konstanta in majhna dielektrična izguba;

5. Površina je gladka in debelina enakomerna: priročno je tiskati vezje na površino podlage in zagotoviti enakomerno debelino tiskanega vezja.

Trenutno sta najpogosteje uporabljena keramična materiala za podlago predvsem aluminijev oksid Al2O3 in aluminijev nitrid AlN. Kako se silicijev nitrid primerja z njihovo zmogljivostjo? Naslednja tabela je osnovna primerjava zmogljivosti treh keramičnih podlag. Vidimo lahko, da imajo materiali iz silicijevega nitridnega keramika očitne prednosti, zlasti odpornost keramičnih materialov iz silicijevega nitridnega keramičnega materiala pri visokih temperaturah, kemično inertnost do kovin in izjemno visoke mehanske lastnosti, kot so trdota in žilavost.

* Preskus zanesljivosti je, kolikokrat se material ne poškoduje pod pogoji od -40 stopinj Celzija do 150 stopinj Celzija.

Ker je silicijev nitrid tako odličen, zakaj se še vedno manj uporablja na trgu in kje so njegove razvojne možnosti? Dejansko imajo trije materiali svoje prednosti in slabosti. Na primer, čeprav ima aluminijev oksid slabo toplotno prevodnost in ne more slediti trendu razvoja močnih polprevodnikov, je njegov proizvodni postopek zrel in poceni, na področjih nizkega in srednjega razreda pa je še vedno veliko povpraševanje . Aluminijev nitrid ima najboljšo toplotno prevodnost in se dobro ujema s polprevodniškimi materiali. Uporablja se lahko v vrhunskih industrijah, vendar so mehanske lastnosti slabe, kar vpliva na življenjsko dobo polprevodniških naprav in ima višjo ceno uporabe. Silicijev nitrid ima najboljše rezultate glede splošne učinkovitosti, vendar je vstopna ovira visoka. Trenutno študirajo številni domači raziskovalni inštituti in podjetja na Kitajskem, vendar je tehnologija težka, proizvodni stroški visoki in trg majhen, zato se obsežne aplikacije še niso pojavile. To je razlog, da številna podjetja še vedno čakajo in se niso odločila povečati naložb. Vendar je zdaj situacija drugačna, ker je svet vstopil v kritično obdobje za razvoj tretje generacije polprevodnikov. Podloge iz keramičnega vezja iz silicijevega nitrida so dozorele v ZDA in na Japonskem. Kitajska ima na tem področju še veliko pot. Obstaja pot. Z razvojem tehnologije in povečanjem tržnega povpraševanja UNIPRETEC verjame, da bo mogoče pokazati vse več rezultatov.