Una tecnologia di incapsulamento dei semiconduttori affidabile
Attualmente, la maggior parte dei semiconduttori vengono prodotti con il silicio. Tuttavia, il silicio non è in grado di funzionare correttamente a temperature superiori a circa 200 °C, e purtroppo vi sono alcuni importanti impieghi oltre tale livello di temperatura. Grazie a temperature di esercizio elevate, i semiconduttori con SiC hanno già preso piede nei veicoli elettrici, nonché nell’industria energetica e aerospaziale. Lo scopo del progetto MATPLAN (Construction of bespoke evaluation power modules), finanziato dall’UE era quello di superare i problemi di affidabilità dei semiconduttori con SiC e le questioni relative all’incapsulamento. A tale fine, i partner del progetto hanno prodotto e testato un modulo di potenza SiC sinterizzato con bassa induttanza parassita per verificare se quest’ultimo soddisfa i requisiti ad alte temperature. Il modulo di potenza SiC da 10 kW era composto da 4 transistori MOS a effetto di campo con SiC e 4 diodi a barriera Schottky. I partner del progetto hanno adottato un nuovo concetto di incapsulamento, il quale coinvolge la sinterizzazione dell’argento, un substrato di nitruro di silicio, nessuna saldatura a filo, nessuna piastra di base e un sottile circuito stampato flessibile con morsetti integrati. Grazie al nuovo chipset in SiC e alla nuova tecnologia di incapsulamento, il modulo di potenza SiC ha dimostrato di funzionare con successo a 200 °C. I partner del progetto hanno inoltre prodotto delle colonne compatibili per l’interconnessione di semiconduttori di potenza (dies) con un interruttore ad alta tensione, progettato per proteggere i circuiti da sovraccarichi o cortocircuiti. Le soluzioni di incapsulamento MATPLAN eliminano la necessità di inaffidabili saldature a filo di alluminio, sostituendole con tecniche di contatto senza saldatura su entrambi i lati del semiconduttore attivo. In questo modo offrono un affidabile contatto di bassa induttanza con una lieve resistenza termica. Le soluzioni di incapsulamento ottenute grazie al progetto sono semplici da produrre e vantano costi ridotti rispetto alle attuali strutture a doppia faccia con raffreddamento. Il conseguimento di un più semplice utilizzo dei dispositivi a semiconduttore e ad alta temperatura troverà probabilmente un ampio impiego nel settore aerospaziale.
Parole chiave
Semiconduttore, incapsulamento, moduli di potenza, alte temperature, carburo di silicio, aerospazio
