Utilisation de substrats en nitrure de silicium

Ces dernières années, les dispositifs à semi-conducteurs se développent dans le sens de la haute puissance, de la haute fréquence et de l'intégration. Les dispositifs à semi-conducteurs de haute puissance sont largement utilisés dans la production d'énergie éolienne, la production d'énergie solaire photovoltaïque, les véhicules électriques, l'éclairage LED et d'autres domaines. En effet, tout dispositif à semi-conducteur subit une certaine perte en cours de fonctionnement, et la majeure partie de cette perte est dissipée sous forme de chaleur, ce qui entraîne certaines défaillances du dispositif. Selon les statistiques, les défaillances de dispositifs causées par la chaleur atteignent 55%.

Il s'avère que les substrats en nitrure de silicium présentent une meilleure conductivité thermique et de meilleures propriétés mécaniques, un point de fusion élevé, une grande dureté, une résistance élevée à l'usure, une résistance à l'oxydation et d'autres avantages, et sont les meilleurs matériaux pour les dispositifs semi-conducteurs haut de gamme, en particulier pour les semi-conducteurs de grande puissance.

Le substrat en nitrure de silicium doit présenter les caractéristiques suivantes :

1. Bonne isolation et résistance à la rupture électrique ;
2. Conductivité thermique élevée : la conductivité thermique affecte directement les conditions de fonctionnement et la durée de vie des dispositifs semi-conducteurs ; une mauvaise dissipation de la chaleur entraîne une répartition inégale du champ de température et augmente considérablement le bruit des dispositifs électroniques ;
3. Le coefficient de dilatation thermique est adapté aux autres matériaux de l'emballage ;
4. Bonnes caractéristiques à haute fréquence : faible constante diélectrique et faible perte diélectrique ;
5. Surface lisse et épaisseur uniforme : facilite l'impression du circuit sur la surface du substrat et garantit l'épaisseur uniforme du circuit imprimé.

substrat si3n4 utilisé dans les dispositifs semi-conducteurs

À l'heure actuelle, les matériaux de substrat couramment utilisés comprennent principalement : les substrats en céramique, les substrats en vitrocéramique, le diamant, les substrats en résine, les substrats en silicium (Si) et les matériaux composites en métal ou à matrice métallique.

À l'heure actuelle, les substrats céramiques appliqués qui ont été mis en production comprennent principalement l'oxyde de béryllium (BeO), l'alumine (Al2O3) et le nitrite d'aluminium (AlN). Avec le développement des dispositifs semi-conducteurs à haute puissance et à haute fréquence, les exigences en matière de conductivité thermique et de propriétés mécaniques des substrats isolants en céramique sont plus élevées. À l'heure actuelle, le nitrure de silicium est reconnu comme le matériau de substrat céramique le plus prometteur, avec une conductivité thermique élevée et une grande fiabilité, tant au niveau national qu'international. La conductivité thermique théorique du nitrure de silicium monocristallin peut atteindre plus de 400 W- M-1 -K-1, ce qui lui confère le potentiel de devenir un substrat à haute conductivité thermique.

Si3N4 possède trois structures cristallines : la phase alpha, la phase bêta et la phase gamma. La phase et la phase, les formes les plus courantes de Si3N4, sont des structures hexagonales et peuvent être préparées sous pression normale. Le substrat de nitrure de silicium possède de nombreuses propriétés excellentes, telles qu'une grande dureté, une résistance élevée, un faible coefficient de dilatation thermique, un faible fluage à haute température, une bonne résistance à l'oxydation, une bonne performance en matière de corrosion thermique, un faible coefficient de frottement et une surface similaire à celle d'un métal lubrifié à l'huile, etc. Les céramiques Si3N4 sont des céramiques structurelles dotées des meilleures propriétés globales.

Facteurs d'influence des matériaux de substrat en nitrure de silicium à haute conductivité thermique

Influence de la poudre de matière première

La poudre de matière première est un facteur clé affectant les propriétés physiques et mécaniques des céramiques, en particulier pour le substrat Si3N4 à conductivité thermique élevée, la pureté et la taille des particules de la poudre de matière première ont un impact important sur la conductivité thermique et les propriétés mécaniques du Si3N4.

Influence des auxiliaires de frittage. 

Le nitrure de silicium appartient à la catégorie des composés covalents forts, s'appuyant sur la diffusion en phase solide, il est difficile de fritter la densité et il est nécessaire d'ajouter des additifs de frittage, tels que MgO, Al2O3, CaO et des oxydes de terres rares, dans le processus de frittage, les additifs de frittage peuvent être ajoutés à l'oxyde natif à la surface des poudres de nitrure de silicium, la formation d'une solution eutectique à faible fusion, en utilisant le mécanisme de frittage en phase liquide pour réaliser la densification. Il convient de noter que tous les auxiliaires de frittage ne peuvent pas avoir un bon effet de frittage. La clé pour améliorer la conductivité thermique du si3N4 est de sélectionner l'agent de frittage approprié et de formuler un système de formule raisonnable. Les auxiliaires de frittage peuvent être divisés en deux catégories : les auxiliaires de frittage à base d'oxyde et les auxiliaires de frittage sans oxyde. Il existe également des agents de frittage d'oxydes de terres rares (Y2O3, CeO, La2O3, Yb2O3) et des agents de frittage de CaO, MgO.

Fournisseur de substrats Si3n4

Great Ceramic possède de nombreuses années d'expérience dans le traitement des céramiques techniques de précision et s'engage à fournir à ses clients d'excellents produits céramiques à base de nitrure de silicium. Nous pouvons fournir des substrats en nitrure de silicium d'une épaisseur supérieure à 0,15 mm, et les spécifications et les tailles peuvent être personnalisées en fonction des besoins du client.

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En savoir plus sur le nitrure de silicium

• Introduction des matériaux en nitrure de silicium
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