जैसा कि हम सभी जानते हैं, अर्धचालक उपकरणों के संचालन से उत्पन्न गर्मी प्रमुख कारक है जो अर्धचालक उपकरणों की विफलता का कारण बनती है, और विद्युत इन्सुलेट सब्सट्रेट की तापीय चालकता समग्र अर्धचालक उपकरण की गर्मी अपव्यय की कुंजी है। इसके अलावा, जटिल यांत्रिक वातावरण जैसे धक्कों और कंपन के कारण, कुछ यांत्रिक विश्वसनीयता के साथ सब्सट्रेट सामग्री की भी आवश्यकता होती है। सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सभी पहलुओं में अधिक संतुलित है, और सर्वोत्तम समग्र प्रदर्शन के साथ संरचनात्मक सिरेमिक सामग्री है। इसलिए, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए सिरेमिक सब्सट्रेट निर्माण के क्षेत्र में Si3N4 सिलिकॉन नाइट्राइड की मजबूत प्रतिस्पर्धा है।
अतीत में, सर्किट सब्सट्रेट एक फ्लैट सामग्री बनाने के लिए अलग-अलग घटकों या एकीकृत सर्किट और असतत घटकों का संयोजन होता है जो समग्र सर्किट फ़ंक्शन की आवश्यकताओं को पूरा करता है। इसके लिए केवल विद्युत इन्सुलेशन और चालकता की आवश्यकता होती है। बुद्धिमान सूचना के युग में प्रवेश करने के बाद, बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को भी विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित और नियंत्रित करने में सक्षम होने की आवश्यकता होती है, जो विद्युत नियंत्रण और बिजली रूपांतरण प्रदर्शन आवश्यकताओं और उपकरणों की परिचालन बिजली खपत में काफी सुधार करती है। तदनुसार, साधारण सब्सट्रेट अब जटिल बिजली उपकरणों के थर्मल प्रतिरोध को कम करने, ऑपरेटिंग तापमान को नियंत्रित करने और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने की उच्च आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं, बेहतर प्रदर्शन वाले सब्सट्रेट को प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, और एक नए प्रकार का पावर सिरेमिक सब्सट्रेट उभरा है।
सिरेमिक सब्सट्रेट के लिए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की प्रदर्शन आवश्यकताओं के आधार पर, सब्सट्रेट सामग्री में निम्नलिखित गुण होने चाहिए:
1. अच्छा इन्सुलेशन और बिजली के टूटने का प्रतिरोध;
2. उच्च तापीय चालकता: तापीय चालकता सीधे अर्धचालकों की परिचालन स्थितियों और सेवा जीवन को प्रभावित करती है, और खराब गर्मी लंपटता के कारण असमान तापमान क्षेत्र वितरण भी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के शोर को बहुत बढ़ा देगा;
3. थर्मल विस्तार गुणांक पैकेज में प्रयुक्त अन्य सामग्रियों के साथ मेल खाता है;
4. अच्छी उच्च आवृत्ति विशेषताओं: कम ढांकता हुआ निरंतर और कम ढांकता हुआ नुकसान;
5. सतह चिकनी है और मोटाई एक समान है: सब्सट्रेट की सतह पर सर्किट को प्रिंट करना और मुद्रित सर्किट की एक समान मोटाई सुनिश्चित करना सुविधाजनक है।
वर्तमान में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सिरेमिक सब्सट्रेट सामग्री मुख्य रूप से Al2O3 एल्यूमीनियम ऑक्साइड और AlN एल्यूमीनियम नाइट्राइड हैं। सिलिकॉन नाइट्राइड उनके प्रदर्शन की तुलना कैसे करता है? निम्न तालिका तीन सिरेमिक सबस्ट्रेट्स की मूल प्रदर्शन तुलना है। यह देखा जा सकता है कि सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सामग्री के स्पष्ट फायदे हैं, विशेष रूप से उच्च तापमान की स्थिति में सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सामग्री के उच्च तापमान प्रतिरोध प्रदर्शन, धातुओं के लिए रासायनिक जड़ता, और अल्ट्रा-उच्च यांत्रिक गुण जैसे कठोरता और फ्रैक्चर क्रूरता।
मद | इकाई | Si3N4 | AlN | अल२ओ३ |
झुकने की ताकत | एमपीए | 600 | 350 | 400 |
अस्थिभंग बेरहमी | एमपीए · एम1/2 | 6.0 | 2.7 | 3.0 |
ऊष्मीय चालकता | W/m.K | 80 | 180 | 25 |
वर्तमान वहन क्षमता | A | [जीजी] जीटी;300 | 100-300 | [जीजी] लेफ्टिनेंट; १०० |
थर्मल रेज़िज़टेंस | ℃/W | [जीजी] लेफ्टिनेंट; 0.5 (0.5 मिमी घन) | [जीजी] लेफ्टिनेंट; 0.5 (०.३ मिमी घन) | [जीजी] जीटी;1.0 (०.३ मिमी घन) |
विश्वसनीयता* | समय | [जीजी] जीटी; ५,००० | 200 | 300 |
लागत | - | उच्च | उच्च | कम |
* विश्वसनीयता परीक्षण -40 डिग्री सेल्सियस से 150 डिग्री सेल्सियस की स्थिति में सामग्री के क्षतिग्रस्त नहीं होने की संख्या है।
चूंकि सिलिकॉन नाइट्राइड इतना उत्कृष्ट है, फिर भी बाजार में कम आवेदन क्यों है, और इसके विकास के अवसर कहां हैं? वास्तव में, तीन सामग्रियों के अपने फायदे और नुकसान हैं। उदाहरण के लिए, हालांकि एल्यूमिना में खराब तापीय चालकता है और उच्च-शक्ति अर्धचालकों के विकास की प्रवृत्ति के साथ नहीं रह सकती है, इसकी निर्माण प्रक्रिया परिपक्व और कम लागत वाली है, और अभी भी निम्न-अंत और मध्य-श्रेणी के क्षेत्रों में बड़ी मांग है . एल्युमिनियम नाइट्राइड में सबसे अच्छी तापीय चालकता होती है और अर्धचालक पदार्थों के साथ इसका अच्छा मेल होता है। इसका उपयोग उच्च अंत उद्योगों में किया जा सकता है, लेकिन यांत्रिक गुण खराब होते हैं, जो अर्धचालक उपकरणों के जीवन को प्रभावित करते हैं और उपयोग की उच्च लागत होती है। समग्र प्रदर्शन के मामले में सिलिकॉन नाइट्राइड का प्रदर्शन सबसे अच्छा है, लेकिन प्रवेश बाधा अधिक है। वर्तमान में, चीन में कई घरेलू अनुसंधान संस्थान और उद्यम अध्ययन कर रहे हैं, लेकिन तकनीक कठिन है, उत्पादन लागत अधिक है, और बाजार छोटा है, इसलिए बड़े पैमाने पर आवेदन अभी तक सामने नहीं आए हैं। यही कारण है कि कई कंपनियां अभी भी देखने का इंतजार कर रही हैं और निवेश बढ़ाने का मन नहीं बनाया है। हालाँकि, अब स्थिति अलग है, क्योंकि दुनिया ने तीसरी पीढ़ी के अर्धचालकों के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण अवधि में प्रवेश किया है। संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान में सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सर्किट सबस्ट्रेट्स के परिपक्व उत्पाद हैं। इस क्षेत्र में चीन को अभी लंबा सफर तय करना है। जाने का एक रास्ता है। प्रौद्योगिकी के विकास और बाजार की मांग में वृद्धि के साथ, यूनिप्रेटेक का मानना है कि अधिक से अधिक परिणाम होंगे जो दिखाए जा सकते हैं।
