Niezawodna technologia wytwarzania obudowy półprzewodników
Obecnie większość półprzewodników jest wytwarzana z krzemu. Jednak krzem nie może prawidłowo funkcjonować w temperaturze powyżej około 200°C, a istnieje kilka ważnych zastosowań wymagających wyższej temperatury. Ponieważ półprzewodniki wykonane z węglika krzemu umożliwiają zastosowanie wyższej temperatury roboczej, są już powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych, a także w przemyśle energetycznym i lotniczym. Przezwyciężanie problemów z niezawodnością półprzewodników wykonanych z węglika krzemu i ich obudowy było celem finansowanego ze środków UE projektu MATPLAN (Construction of bespoke evaluation power modules). Partnerzy projektu wykonali i przetestowali moduł zasilania ze spiekanego węglika o niskiej indukcyjności rozproszonej, aby sprawdzić, czy można go stosować w wysokich temperaturach. Moduł zasilania o mocy 10 kW, wykonany z węglika krzemu, składał się z 4 tranzystorów polowych metal-tlenek-półprzewodnik wykonanych z węglika krzemu oraz 4 diod barierowych Schottky'ego. Partnerzy projektu opracowali nową koncepcję obudowy wytwarzanej poprzez spiekanie srebra, która posiada podłoże z azotku krzemu, nie zawiera żadnych połączeń drutowych ani płyty podstawy, ale opiera się na elastycznej folii z obwodem drukowanym i zintegrowanymi zaciskami. Dzięki zastosowaniu nowo opracowanych zestawów procesorowych opartych na węgliku krzemu i nowej technologii wytwarzania obudowy moduł zasilający z węglika krzemu pracował prawidłowo w temperaturze 200°C. Partnerzy projektu wyprodukowali również zgodne filary do łączenia półprzewodników zasilających (kostek) z wyłącznikiem obwodu wysokiego napięcia — przełącznikiem przeznaczonym do ochrony obwodów przed przeciążeniem lub zwarciem. Rozwiązania w zakresie obudowy opracowane w ramach projektu MATPLAN eliminują konieczność stosowania zawodnych połączeń z drutu aluminiowego, które zastąpiono bezszwowymi technikami stykowymi po obu stronach aktywnego półprzewodnika. Zapewniają one niezawodny styk o małej indukcyjności i niskiej rezystancji termicznej. Opracowane w ramach projektu rozwiązania w zakresie obudowy są łatwe i tanie do wytworzenia w porównaniu do stosowanych obecnie dwustronnych struktur chłodzonych. Ponieważ ułatwiają stosowanie wysokotemperaturowych urządzeń półprzewodnikowych, powinny znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym.
Słowa kluczowe
Półprzewodnik, obudowa, moduły zasilające, wysokie temperatury, węglik krzemu, przemysł lotniczy i astronautyczny