Relever les défis de la haute densité de puissance et des défaillances thermiques — Les substrats en céramique de nitrure de silicium permettent un emballage stable pour les semi-conducteurs de nouvelle génération

Alors que les semi-conducteurs de troisième génération tels que SiC, GaN et les modules IGBT continuent d'évoluer vers une densité de puissance et une fréquence de commutation plus élevées, les clients sont confrontés à des défis croissants en matière de défaillance thermique et de fiabilité des dispositifs. En fonctionnement à haute température et à courant élevé, les substrats conventionnels en alumine ou en nitrure d'aluminium souffrent souvent d'une faible conductivité thermique et d'une faible résistance mécanique, ce qui entraîne une surchauffe, une fatigue de la soudure ou une délamination.

Le substrat céramique en nitrure de silicium (Si₃N₄) à haute conductivité thermique offre une solution révolutionnaire. Fabriqué à partir de poudre de Si₃N₄ de haute pureté par formage et frittage de précision au-dessus de 2000°C, il offre une conductivité thermique >80 W/(m·K), ainsi qu'une excellente isolation, de faibles pertes diélectriques et une résistance à la flexion supérieure.

Contrairement aux matériaux conventionnels, le coefficient de dilatation thermique du nitrure de silicium correspond étroitement aux puces de silicium, ce qui réduit les contraintes thermiques et empêche la délamination. Sa ténacité à la rupture élevée et sa résistance aux chocs thermiques garantissent la fiabilité lors des cycles de chauffage rapides et des opérations fréquentes de démarrage-arrêt, prolongeant considérablement la durée de vie du module.

Les substrats céramiques en nitrure de silicium sont désormais largement utilisés dans les modules d'entraînement de moteurs de véhicules électriques, les convertisseurs de traction ferroviaires, les systèmes de contrôle des trains à grande vitesse et les unités d'alimentation à charge rapide. Les commentaires des clients montrent une température de jonction jusqu'à 15 % inférieure et une amélioration triple de la durée de vie en cyclage thermique par rapport aux substrats traditionnels.

Grâce à leur conductivité thermique élevée, leur fiabilité mécanique et leur isolation électrique, les substrats céramiques en nitrure de silicium sont devenus le matériau privilégié pour l'emballage et la gestion thermique de l'électronique de puissance de nouvelle génération, soutenant des systèmes de semi-conducteurs plus sûrs, plus durables et plus efficaces.