パワーエレクトロニクスの性能向上のための窒化ケイ素基板

今日のパワーモジュール設計は主に酸化アルミニウム (Al2O3) または AlN セラミックに基づいていますが、性能要求の高まりにより、設計者は先進的な基板の代替品を検討する必要があります。一例は xEV アプリケーションで見られ、チップ温度が 150°C から 200°C に上昇すると、スイッチング損失が 10% 減少します。さらに、はんだやワイヤボンドフリーのモジュールなどの新しいパッケージング技術により、現在の基板が弱点となっています。

特に重要なもう 1 つの重要な推進要因は、風力タービンなどの過酷な条件下での寿命延長の必要性です。風力タービンは、あらゆる環境条件下で故障することなく 15 年間の耐用年数が期待されているため、この用途の設計者は基板技術の改善も検討する必要があります。

基板オプションの改善を促進する 3 番目の要因は、SiC コンポーネントの使用の出現です。 SiC と最適化されたパッケージングを使用した最初のモジュールは、従来のモジュールと比較して 40 ～ 70% の損失削減を示しましたが、Si3N4 基板を含む新しいパッケージング方法の必要性も示しました。これらすべての傾向により、従来の Al2O3 および AlN 基板の将来の役割が制限される一方、将来的には Si3N4 ベースの基板が高性能パワー モジュールの設計者の選択となるでしょう。

窒化ケイ素 (Si3Ni4) は、優れた曲げ強度、高い破壊靱性、良好な熱伝導性により、パワー エレクトロニクス基板に最適です。セラミックの特性と、部分放電や亀裂の成長などの主要な値の詳細な比較により、熱伝導率や熱サイクル挙動などの最終的な基板の挙動に大きな影響を与えることがわかります。