Substrato cerâmico de nitreto de silício

Cerâmica de nitreto de silícioO substrato é um substrato cerâmico de alto desempenho feito de nitreto de silício (Si₃n₄) como material central. Seus principais componentes são elementos de silício (Si) e nitrogênio (N), que são quimicamente ligados para formar Si₃n₄. Durante o processo de fabricação, uma pequena quantidade de AIDS de sinterização, como óxido de alumínio (Al₂o₃) ou óxido de yttria (y₂o₃), geralmente são adicionados para ajudar o material a formar uma microestrutura densa e uniforme em altas temperaturas.

A estrutura cristalina interna dos substratos cerâmicos de nitreto de silício é principalmente em fase β, com grãos interligados formando uma rede de favo de mel estável. Esse arranjo exclusivo confere alta resistência mecânica e excelente resistência ao choque térmico ao material. A estrutura densa, alcançada através da sinterização de alta temperatura, resulta em excelente condutividade térmica, força, resistência ao calor e resistência à corrosão. É amplamente utilizado em eletrônicos, equipamentos de energia e aeroespacial, normalmente servindo como uma plataforma de dissipação de calor ou componente de suporte isolante para componentes eletrônicos.

Nitreto de silícioé confiável como substrato de cerâmica porque atende às crescentes demandas por controle térmico e confiabilidade estrutural em dispositivos eletrônicos compactos e de alta potência. À medida que a densidade do dispositivo aumenta, os substratos tradicionais lutam para lidar com o estresse térmico e as cargas mecânicas.

Os substratos de nitreto de silício mantêm a estabilidade mecânica mesmo sob ciclo térmico rápido. Isso os torna ideais para IGBTs, módulos de potência e circuitos de inversores automotivos, onde a dissipação de energia é alta e a falha é inaceitável.

Também é favorecido nas aplicações de RF, onde os substratos devem suportar circuitos de linha fina e manter uma constante dielétrica estável-um equilíbrio de propriedades elétricas e térmicas difíceis de encontrar nos materiais tradicionais.

Propriedades do substrato de nitreto de silício

1. Condutividade térmica

Com uma condutividade térmica de aproximadamente 80-90 W/(M · K), os substratos de nitreto de silício superam a cerâmica de alumina na dissipação de calor. Por exemplo, em módulos de energia de veículos elétricos, os substratos de nitreto de silício podem reduzir a temperatura do CHIP em mais de 30%, melhorando assim a eficiência e a confiabilidade.

2. Resistência mecânica

Sua força de flexão de três pontos pode exceder 800 MPa, aproximadamente três vezes a da cerâmica de alumina. Os testes mostraram que um substrato de 0,32 mm de espessura pode suportar uma pressão de 400 N sem rachaduras.

3. Estabilidade térmica

Sua faixa de operação estável é de -50 ° C a 800 ° C, e seu coeficiente de expansão térmica é tão baixo quanto 3,2 × 10⁻⁶/° C, tornando -o bem compatível com materiais semicondutores. Por exemplo, em um inversor de tração de trem de alta velocidade, a mudança para um substrato de nitreto de silício reduziu a taxa de falha devido a mudanças rápidas de temperatura em 67%.

4. Desempenho de isolamento

À temperatura ambiente, sua resistividade de volume é maior que 10 ω · cm, e sua resistência à ruptura dielétrica é de 20 kV/mm, atendendo totalmente aos requisitos de isolamento dos módulos IGBT de alta tensão.

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