Yn ôl adroddiadau cyfryngau 2025, mae TSMC, gan ddefnyddio ei flynyddoedd o brofiad mewn gweithgynhyrchu wafferi 12 modfedd, yn hyrwyddo disodli swbstradau cerameg traddodiadol gyda SiC crisial sengl mawr. Rhennir deunyddiau silicon carbid yn SiC un-grisial a SiC polycrystalline, ac mae'r olaf yn cyfeirio'n bennaf at serameg SiC.
Mae deunyddiau swbstrad ceramig traddodiadol yn bennaf yn cynnwys Al₂O₃, BeO, AlN, a Si₃N₄, ond mae gan bob un ei anfanteision: mae gan serameg Al₂O₃ dargludedd thermol isel; Mae gan serameg BeO gyfernod ehangu thermol (CTE) sy'n wahanol iawn i Si ac maent yn wenwynig iawn, gan gyfyngu ar eu defnydd; Mae cerameg AlN yn gostus ac mae ganddynt gryfder isel; Mae gan serameg Si₃N₄ ddargludedd thermol cymharol isel. Mae cerameg SiC, gyda'u dargludedd thermol uchel, cryfder uchel, caledwch uchel, ymwrthedd tymheredd uchel, ymwrthedd cyrydiad, CTE yn agos at un Si, a chryfder maes dadelfennu uchel, yn cael eu hystyried gan ymchwilwyr fel deunydd ymgeisydd delfrydol ar gyfer swbstradau ceramig.
Cymwysiadau Swbstradau Crystal SiC Sengl
Swbstradau ar gyfer Pecynnu IGBT
Mae Transistors Deubegynol Giât wedi'u Hinswleiddio (IGBTs) yn ddyfeisiadau pŵer uchel pwysig mewn electroneg pŵer, a ddefnyddir yn helaeth mewn cerbydau trydan, cludiant rheilffordd, awyrofod, cynhyrchu pŵer ffotofoltäig, gridiau smart, a meysydd eraill. Oherwydd eu cerrynt gweithredu uchel, amlder newid uchel, a strwythur cryno, mae IGBTs yn cynhyrchu gwres sylweddol yn ystod gweithrediad. Os na chaiff ei wasgaru'n brydlon, gall y gwres hwn leihau effeithlonrwydd dyfais, byrhau bywyd y gwasanaeth, neu hyd yn oed achosi methiant dyfais.
Mae'r gwres a gynhyrchir gan fodiwlau IGBT yn cael ei gynnal yn bennaf i'r tai a'i wasgaru trwy'r swbstrad wedi'i orchuddio â chopr, gan wneud y swbstrad yn ddeunydd allweddol mewn afradu gwres ar gyfer rheolaeth thermol. Mae dargludedd thermol y swbstrad wedi'i orchuddio â chopr yn pennu perfformiad afradu gwres y ddyfais bŵer yn uniongyrchol.
Ar hyn o bryd, mae pecynnu IGBT yn dal i ddefnyddio swbstradau wedi'u gorchuddio â chopr ceramig, ond yn gyffredinol mae gan ddeunyddiau cerameg ddargludedd thermol isel. Er enghraifft, dargludedd thermol cerameg Al₂O₃ yn unig yw 20 W/(m·K), bod serameg Si₃N₄ yn 80 W/(m·K), a serameg AlN yn 180 W/(m·K). Wrth i bŵer dyfais IGBT barhau i gynyddu, mae cerameg â dargludedd thermol isel yn methu'n raddol â bodloni gofynion afradu gwres sglodion.
Mae un swbstrad wedi'i orchuddio â chrisial SiC AMB (Active Metal Brazing) o gopr yn cynnwys: swbstrad crisial SiC sengl, haenau copr metel ar yr arwynebau uchaf a gwaelod, a haen llenwi bresyddu rhwng y swbstrad SiC a'r haenau copr. Mae'r swbstrad crisial SiC sengl wedi'i wneud o -lled-gwrthedd uchel-ynysu sengl-deunydd SiC grisial.
Swbstradau ar gyfer Pecynnu Modiwl Pŵer SiC
O gymharu â modiwlau sy'n seiliedig ar silicon, mae gan fodiwlau pŵer SiC ddwysedd pŵer llawer uwch. Fodd bynnag, mae sglodion SiC yn llai ac mae ganddynt ddwysedd fflwcs gwres uwch, gan wneud afradu gwres yn fater hollbwysig i fodiwlau pŵer SiC.
Ar hyn o bryd, mae swbstradau a ddefnyddir ar gyfer dyfeisiau electronig a modiwlau amrywiol yn perthyn i dri chategori: swbstradau resin, swbstradau ceramig, a swbstradau sy'n seiliedig ar fetel. Mae gan swbstradau resin ddargludedd thermol o tua 1 W/(m·K), afradu gwres gwael, ymwrthedd gwres, a dibynadwyedd, ac fe'u defnyddir fel arfer ar gyfer byrddau rheoli. Mae gan swbstradau metel ddargludedd thermol o tua 2–6 W/(m·K) ac fe'u defnyddir yn bennaf ar gyfer modiwlau pŵer sydd â sgôr is na 600 V/50 A. Mae gan swbstradau ceramig ddargludedd thermol yn amrywio o 20 i 170 W/(m·K) ac fe'u defnyddir yn gyffredin ar gyfer modiwlau pŵer uchel, cerrynt uchel, SiC.
Swbstradau ceramig a ddefnyddir yn gyffredin yw swbstradau Al₂O₃ ac AlN. Yn ystod profion sioc thermol, mae'r diffyg cyfatebiaeth CTE rhwng y swbstrad ceramig a'r sglodion SiC yn cynhyrchu straen thermol ar ymylon y dargludydd copr ac o fewn y swbstrad ceramig. Mae'r diraddiad hwn yn arwain at graciau, gan effeithio ar ddibynadwyedd amgylcheddol modiwlau pŵer SiC a chyfyngu ar eu bywyd gwasanaeth.