高性能の電子機器やAIプロセッサや 先進的な半導体パッケージの急速な発展により アルミナ (Al2O3) アルミナイトリド (AlN) など伝統的な陶器基質はシリコンナイトリド (Si3N4) は,熱管理と信頼性の性能限界に近づいています..
最近では,単結晶 シリコンカービード (SiC) の基板 超高熱伝導性,優れた機械強度,優れた熱安定性により 次世代の有望な材料として登場しました
この記事では,単結晶のSiCが,工業的および応用的な観点から従来のセラミック基板を現実的に置き換えることができるかどうかについて技術的な概要を提供します.
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パワーエレクトロニクスや高密度半導体パッケージでは,基板が3つの重要な役割を果たします.
装置の電源密度が増加するにつれて
伝統的なセラミック基板は 熱的なボトルネックや熱機械的なストレスの制限によって ますます課題にさらされています
一般的なセラミック基板材料は以下のとおりである.
| 材料 | 熱伝導性 | 主要 な 制限 |
|---|---|---|
| アル2O3 | ~20 W/m·K | 低熱伝導性 |
| Si3N4 | ~80 W/m·K | 熱散量が不十分 |
| アルナール | ~180W/m·K | 高コスト,機械的限界 |
| バイオ | ~200W/m·K | 毒性制限 |
高級AlN基板でさえ 超高熱流の条件下で 闘い続けています
単結晶シリコンカービッド (特に4H-SiC) は,多結晶陶器と比較して根本的に異なる材料プラットフォームを提供しています.
~490 W/ ((m·K) まで (C軸方向)
これは:
これは高電力システムでは 非常に効率的な熱伝播を可能にします
SiCは熱膨張係数 (CTE) を有します.
(3.0−4.5) × 10−6 /°C
これは,シリコンベースのチップと密接に一致し,熱循環中に熱機械的ストレスを大幅に軽減します.
単結晶のSiCは以下のようなものを提供します
ドーピングと結晶の成長によって
この多用性は従来の陶器基板にはない.
従来のIGBTモジュールは,セラミックベースのDBC/AMB基板に依存している.しかし,性能制限には以下のものがある:
単結晶SiCベースの基質は,次の目的のために調査されています.
提案されたアーキテクチャには以下の項目が含まれます.
利点:
新しい利用例は,SiCを以下のような材料の熱管理基質として使用する.
潜在的利点は以下の通りです.
半断熱型SiCは以下にも研究されています.
電気隔離と効率的な熱伝播を同時に可能にします
単結晶SiCの利点にもかかわらず,いくつかの商業化課題に直面しています.
陶器基板と比較して:
完全に置き換えられるのではなく 産業の動向は
これは,SiCが陶器基質を完全に置き換えるのではなく,補完することを示しています.
シリコンカービッドの単結晶基板は次世代の電子機器のための熱管理材料の重要な進歩を表しています.
しかし,それらの役割は,陶器基板の普遍的な代替物としてではなく,以下を含む極端な性能アプリケーションのための高級な有効材料として理解されます.
製造技術が成熟し,ウエファーサイズが増加するにつれて,単結晶のSiCは将来の高性能電子システムにおける重要な構造材料になると予想されています.
高性能の電子機器やAIプロセッサや 先進的な半導体パッケージの急速な発展により アルミナ (Al2O3) アルミナイトリド (AlN) など伝統的な陶器基質はシリコンナイトリド (Si3N4) は,熱管理と信頼性の性能限界に近づいています..
最近では,単結晶 シリコンカービード (SiC) の基板 超高熱伝導性,優れた機械強度,優れた熱安定性により 次世代の有望な材料として登場しました
この記事では,単結晶のSiCが,工業的および応用的な観点から従来のセラミック基板を現実的に置き換えることができるかどうかについて技術的な概要を提供します.
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パワーエレクトロニクスや高密度半導体パッケージでは,基板が3つの重要な役割を果たします.
装置の電源密度が増加するにつれて
伝統的なセラミック基板は 熱的なボトルネックや熱機械的なストレスの制限によって ますます課題にさらされています
一般的なセラミック基板材料は以下のとおりである.
| 材料 | 熱伝導性 | 主要 な 制限 |
|---|---|---|
| アル2O3 | ~20 W/m·K | 低熱伝導性 |
| Si3N4 | ~80 W/m·K | 熱散量が不十分 |
| アルナール | ~180W/m·K | 高コスト,機械的限界 |
| バイオ | ~200W/m·K | 毒性制限 |
高級AlN基板でさえ 超高熱流の条件下で 闘い続けています
単結晶シリコンカービッド (特に4H-SiC) は,多結晶陶器と比較して根本的に異なる材料プラットフォームを提供しています.
~490 W/ ((m·K) まで (C軸方向)
これは:
これは高電力システムでは 非常に効率的な熱伝播を可能にします
SiCは熱膨張係数 (CTE) を有します.
(3.0−4.5) × 10−6 /°C
これは,シリコンベースのチップと密接に一致し,熱循環中に熱機械的ストレスを大幅に軽減します.
単結晶のSiCは以下のようなものを提供します
ドーピングと結晶の成長によって
この多用性は従来の陶器基板にはない.
従来のIGBTモジュールは,セラミックベースのDBC/AMB基板に依存している.しかし,性能制限には以下のものがある:
単結晶SiCベースの基質は,次の目的のために調査されています.
提案されたアーキテクチャには以下の項目が含まれます.
利点:
新しい利用例は,SiCを以下のような材料の熱管理基質として使用する.
潜在的利点は以下の通りです.
半断熱型SiCは以下にも研究されています.
電気隔離と効率的な熱伝播を同時に可能にします
単結晶SiCの利点にもかかわらず,いくつかの商業化課題に直面しています.
陶器基板と比較して:
完全に置き換えられるのではなく 産業の動向は
これは,SiCが陶器基質を完全に置き換えるのではなく,補完することを示しています.
シリコンカービッドの単結晶基板は次世代の電子機器のための熱管理材料の重要な進歩を表しています.
しかし,それらの役割は,陶器基板の普遍的な代替物としてではなく,以下を含む極端な性能アプリケーションのための高級な有効材料として理解されます.
製造技術が成熟し,ウエファーサイズが増加するにつれて,単結晶のSiCは将来の高性能電子システムにおける重要な構造材料になると予想されています.