ركائز نيتريد السيليكون لتحسين الأداء في إلكترونيات الطاقة

2021-06-15

تعتمد تصميمات وحدات الطاقة اليوم بشكل أساسي على أكسيد الألومنيوم (Al2O3) أو سيراميك AlN، ولكن متطلبات الأداء المتزايدة تجعل المصممين يفكرون في بدائل الركيزة المتقدمة. يظهر أحد الأمثلة في تطبيقات xEV حيث تؤدي زيادة درجة حرارة الشريحة من 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية إلى تقليل خسائر التبديل بنسبة 10%. بالإضافة إلى ذلك، فإن تقنيات التغليف الجديدة مثل الوحدات الخالية من اللحام والأسلاك تجعل الركائز الحالية هي الحلقة الضعيفة.

هناك دافع آخر ذو أهمية خاصة وهو الحاجة إلى زيادة العمر في ظل ظروف قاسية مثل توربينات الرياح. تتمتع توربينات الرياح بعمر متوقع يبلغ 15 عامًا دون فشل في جميع الظروف البيئية، مما يجعل مصممي هذا التطبيق يبحثون عن تقنيات الركيزة المحسنة أيضًا.

المحرك الثالث لخيارات الركيزة المحسنة هو الاستخدام الناشئ لمكونات SiC. أظهرت الوحدات الأولى التي تستخدم SiC والتعبئة المحسنة انخفاضًا في الخسارة بنسبة تتراوح بين 40 إلى 70% مقارنة بالوحدات التقليدية ولكنها أظهرت أيضًا الحاجة إلى طرق تعبئة جديدة، بما في ذلك ركائز Si3N4. كل هذه الاتجاهات ستحد من الدور المستقبلي للركائز التقليدية Al2O3 وAlN، في حين أن الركائز المعتمدة على Si3N4 ستكون اختيار المصمم لوحدات الطاقة عالية الأداء في المستقبل.

إن قوة الانحناء الممتازة، وصلابة الكسر العالية، والتوصيل الحراري الجيد تجعل من نيتريد السيليكون (Si3Ni4) مناسبًا تمامًا للركائز الإلكترونية للطاقة. تُظهر خصائص السيراميك والمقارنة التفصيلية للقيم الأساسية مثل التفريغ الجزئي أو نمو الشقوق تأثيرًا كبيرًا على سلوك الركيزة النهائي مثل التوصيل الحراري وسلوك التدوير الحراري.