Dopo essere entrati nell’era dell’informazione intelligente, i dispositivi a semiconduttore hanno rapidamente occupato le nostre vite. Poiché il calore generato dal pezzo è un fattore chiave che causa il guasto dei dispositivi a semiconduttore, al fine di evitare molti problemi causati dal guasto del dispositivo e garantirne un funzionamento efficace e sicuro a lungo termine, è necessario essere dotati di un'efficiente dissipazione del calore sistema.
Attualmente, nel lavoro dell'industria per la "dissipazione del calore", la sostituzione del nuovo substrato ceramico di potenza è una parte molto importante. Eccellente resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, elevata conduttività termica, elevata resistenza meccanica, coefficiente di dilatazione termica abbinato al chip e caratteristiche non facili da deteriorare rendono il substrato ceramico più vantaggioso rispetto al metallo, alla plastica e ad altri materiali, adatto per prodotti ad alto calore e ambiente esterno duro, quindi è sempre più ampiamente accettato dal pubblico.
Il substrato ceramico svolge i seguenti ruoli nei circuiti integrati a semiconduttore: fornire supporto meccanico e protezione ambientale per chip e componenti elettronici; Fornisce canali di dissipazione del calore per evitare una temperatura locale eccessiva, migliorando l'affidabilità del dispositivo. Attualmente, i materiali del substrato ceramico che possono soddisfare questi requisiti sono principalmente allumina, nitruro di alluminio, ossido di berillio, nitruro di silicio e così via.
Tra questi, il vantaggio della ceramica al nitruro di silicio è che si tratta di una ceramica speciale con eccellenti prestazioni complete, con elevata resistenza, elevata durezza, elevata resistività, buona resistenza allo shock termico, bassa perdita dielettrica e basso coefficiente di espansione, ecc., tutti gli aspetti di la prestazione è più equilibrata, è la migliore prestazione completa dei materiali ceramici strutturali. Inoltre, i dispositivi elettronici di potenza nelle ferrovie ad alta velocità, nei veicoli elettrici e in altri campi spesso affrontano urti, vibrazioni e altri ambienti meccanici complessi, quindi le eccellenti proprietà meccaniche della ceramica al nitruro di silicio fanno sì che nei campi sopra indicati abbiano una forte competitività.
Per quanto riguarda le proprietà termiche, Lightfoot e Haggerty hanno proposto che la conduttività termica teorica del nitruro di silicio basato sulla struttura di Si3N4 sia compresa tra 200 e 300 W/(m·K), quindi è ragionevole dire che il nitruro di silicio ha un grande potenziale in termini di calore dissipazione. Tuttavia, l'ideale è pieno, la realtà è la sensazione dell'osso, il nitruro di silicio rispetto ad altri materiali ceramici, la soglia di ingresso è alta, non solo la difficoltà tecnica è elevata, ma anche il costo di lavorazione è elevato, l'attuale silicio commerciale Il substrato in nitruro la conduttività termica è sostanzialmente compreso tra 85 e 95 W/m·K, il substrato a conduttività termica più elevata ( 150 W/m·K) è ancora in fase di laboratorio.
In sintesi, con il profondo sviluppo dell’era dell’informazione intelligente, l’ampia applicazione dei dispositivi a semiconduttore ha presentato requisiti più elevati per la tecnologia di dissipazione del calore. Con il suo eccellente supporto meccanico, la protezione ambientale, le prestazioni di dissipazione del calore e le prestazioni complete, le ceramiche al nitruro di silicio mostrano un grande potenziale e competitività nel campo dei dispositivi a semiconduttore, soprattutto in ambienti meccanici complessi come i treni ad alta velocità e i veicoli elettrici, e i suoi vantaggi sono più significativo. Tuttavia, la commercializzazione delle ceramiche al nitruro di silicio non è una strada agevole e le difficoltà tecniche e gli elevati costi di lavorazione sono diventati il collo di bottiglia che ne limita l’applicazione su larga scala. Tuttavia, i ricercatori stanno compiendo sforzi incessanti per superare le difficoltà tecniche e migliorare la conduttività termica delle ceramiche al nitruro di silicio, al fine di ottenere in futuro soluzioni di dissipazione del calore con prestazioni più elevate. Abbiamo motivo di credere che con il continuo progresso della tecnologia e la graduale riduzione dei costi, le ceramiche al nitruro di silicio brilleranno sicuramente nel campo della dissipazione del calore dei dispositivi a semiconduttore e contribuiranno con una forza importante allo sviluppo dell'era dell'informazione intelligente.
