Affrontare le sfide dell'alta densità di potenza e dei guasti termici — I substrati ceramici in nitruro di silicio consentono un packaging stabile per i semiconduttori di nuova generazione

Poiché i semiconduttori di terza generazione come SiC, GaN e i moduli IGBT continuano a evolversi verso una maggiore densità di potenza e frequenza di commutazione, i clienti affrontano sfide crescenti in termini di guasti termici e affidabilità dei dispositivi. In condizioni di funzionamento ad alta temperatura e alta corrente, i substrati convenzionali in allumina o nitruro di alluminio spesso soffrono di bassa conduttività termica e scarsa resistenza meccanica, con conseguente surriscaldamento, affaticamento della saldatura o delaminazione.

Il substrato ceramico in nitruro di silicio (Si₃N₄) ad alta conduttività termica offre una soluzione rivoluzionaria. Prodotto da polvere di Si₃N₄ ad alta purezza attraverso formatura e sinterizzazione di precisione sopra i 2000°C, offre una conduttività termica >80 W/(m·K), insieme a un eccellente isolamento, basse perdite dielettriche e una resistenza alla flessione superiore.

A differenza dei materiali convenzionali, il coefficiente di espansione termica del nitruro di silicio corrisponde strettamente ai chip di silicio, riducendo lo stress termico e prevenendo la delaminazione. La sua elevata tenacità alla frattura e la resistenza agli shock termici garantiscono l'affidabilità durante i cicli di riscaldamento rapidi e le frequenti operazioni di avvio-arresto, prolungando significativamente la durata del modulo.

I substrati ceramici in nitruro di silicio sono ora ampiamente applicati nei moduli di azionamento dei motori EV, nei convertitori di trazione ferroviaria, nei sistemi di controllo dei treni ad alta velocità e nelle unità di alimentazione a ricarica rapida. Il feedback dei clienti mostra una temperatura di giunzione fino al 15% inferiore e un triplo miglioramento della durata del ciclo termico rispetto ai substrati tradizionali.

Con la loro elevata conduttività termica, affidabilità meccanica e isolamento elettrico, i substrati ceramici in nitruro di silicio sono diventati il materiale preferito per l'imballaggio dell'elettronica di potenza di nuova generazione e la gestione termica, supportando sistemi a semiconduttore più sicuri, più duraturi e più efficienti.