SiC နှင့် GaN တို့သည် Power Semiconductor Packaging ကို မည်သို့တော်လှန်ပြောင်းလဲနေသနည်း။

wide-bandgap (WBG) ပစ္စည်းများကို အလျင်အမြန် လက်ခံအသုံးပြုလာခြင်းကြောင့် ပါဝါတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလုပ်ငန်းသည် အသွင်ပြောင်းပြောင်းလဲမှုတစ်ခုကို လုပ်ဆောင်နေပါသည်။ဆီလီကွန်ကာဗိုက်(SiC) နှင့် Gallium Nitride (GaN) တို့သည် ဤတော်လှန်ရေး၏ ရှေ့တန်းတွင် ရှိနေပြီး၊ ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်၊ ပိုမိုမြန်ဆန်သော switching နှင့် သာလွန်ကောင်းမွန်သော thermal performance တို့ဖြင့် နောက်မျိုးဆက် power devices များကို ဖန်တီးနိုင်စေပါသည်။ ဤပစ္စည်းများသည် power semiconductors များ၏ လျှပ်စစ်ဝိသေသလက္ခဏာများကို ပြန်လည်သတ်မှတ်ပေးရုံသာမက packaging နည်းပညာတွင် စိန်ခေါ်မှုအသစ်များနှင့် အခွင့်အလမ်းအသစ်များကိုလည်း ဖန်တီးပေးပါသည်။ SiC နှင့် GaN devices များ၏ အလားအလာကို အပြည့်အဝအသုံးချရန်အတွက် ထိရောက်သော packaging သည် အရေးကြီးပြီး လျှပ်စစ်ယာဉ်များ (EVs)၊ ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်စနစ်များနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းသုံး power electronics ကဲ့သို့သော လိုအပ်ချက်များသော applications များတွင် ယုံကြည်စိတ်ချရမှု၊ စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် တာရှည်ခံမှုကို သေချာစေရန် အရေးကြီးပါသည်။

SiC နှင့် GaN ၏ အားသာချက်များ

ရိုးရာဆီလီကွန် (Si) ပါဝါကိရိယာများသည် ဆယ်စုနှစ်များစွာ ဈေးကွက်ကို လွှမ်းမိုးထားခဲ့သည်။ သို့သော်၊ မြင့်မားသော ပါဝါသိပ်သည်းဆ၊ မြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ပိုမိုကျစ်လစ်သော ပုံစံအချက်များအတွက် ဝယ်လိုအား တိုးလာသည်နှင့်အမျှ ဆီလီကွန်သည် အတွင်းပိုင်းကန့်သတ်ချက်များနှင့် ရင်ဆိုင်နေရသည်-

• အကန့်အသတ်ရှိသော ပြိုကွဲဗို့အားမြင့်မားသောဗို့အားများတွင် ဘေးကင်းစွာလည်ပတ်ရန် ခက်ခဲစေသည်။

• နှေးကွေးသော switching speed များမြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းအသုံးချမှုများတွင် switching losses များ တိုးလာစေသည်။

• အပူစီးကူးမှု နိမ့်ကျခြင်းအပူစုပုံခြင်းနှင့် အအေးပေးခြင်း လိုအပ်ချက်များ ပိုမိုတင်းကျပ်လာပါသည်။

WBG တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများအနေဖြင့် SiC နှင့် GaN တို့သည် ဤကန့်သတ်ချက်များကို ကျော်လွှားနိုင်သည်-

• SiCမြင့်မားသော ပြိုကွဲဗို့အား၊ အလွန်ကောင်းမွန်သော အပူစီးကူးနိုင်စွမ်း (ဆီလီကွန်ထက် ၃-၄ ဆ) နှင့် မြင့်မားသော အပူချိန်ခံနိုင်ရည်ကို ပေးစွမ်းသောကြောင့် အင်ဗာတာများနှင့် ဆွဲအားမော်တာများကဲ့သို့သော မြင့်မားသောပါဝါအသုံးချမှုများအတွက် အသင့်တော်ဆုံးဖြစ်စေသည်။

• ဂါန်အလွန်မြန်ဆန်သော switching၊ on-resistance နည်းပါးခြင်းနှင့် electron mobility မြင့်မားခြင်းတို့ကို ပေးစွမ်းသောကြောင့် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းများတွင် လည်ပတ်နေသော ကျစ်လစ်ပြီး မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်ရှိသော power converters များကို ဖြစ်စေသည်။

ဤပစ္စည်းအားသာချက်များကို အသုံးချခြင်းဖြင့် အင်ဂျင်နီယာများသည် ပိုမိုမြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်၊ ပိုမိုသေးငယ်သောအရွယ်အစားနှင့် ပိုမိုကောင်းမွန်သောယုံကြည်စိတ်ချရမှုဖြင့် ပါဝါစနစ်များကို ဒီဇိုင်းထုတ်နိုင်သည်။

ပါဝါထုပ်ပိုးမှုအတွက် သက်ရောက်မှုများ

SiC နှင့် GaN တို့သည် semiconductor အဆင့်တွင် device စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေသော်လည်း၊ အပူ၊ လျှပ်စစ်နှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ စိန်ခေါ်မှုများကို ဖြေရှင်းရန် ထုပ်ပိုးမှုနည်းပညာသည် တိုးတက်ပြောင်းလဲရမည်။ အဓိက ထည့်သွင်းစဉ်းစားရမည့်အချက်များတွင်-

1. အပူစီမံခန့်ခွဲမှု
   SiC စက်ပစ္စည်းများသည် ၂၀၀°C ထက်ကျော်လွန်သော အပူချိန်တွင် လည်ပတ်နိုင်သည်။ အပူလွန်ကဲမှုကို ကာကွယ်ရန်နှင့် ရေရှည်ယုံကြည်စိတ်ချရမှုကို သေချာစေရန်အတွက် အပူထိရောက်စွာ ပျံ့နှံ့စေခြင်းသည် အရေးကြီးပါသည်။ အဆင့်မြင့် အပူမျက်နှာပြင်ပစ္စည်းများ (TIMs)၊ ကြေးနီ-မိုလစ်ဒီနမ် အောက်ခံများနှင့် အကောင်းဆုံး အပူပျံ့နှံ့စေသော ဒီဇိုင်းများသည် မရှိမဖြစ်လိုအပ်ပါသည်။ အပူဆိုင်ရာ ထည့်သွင်းစဉ်းစားမှုများသည် ဒိုင်နေရာချထားမှု၊ မော်ဂျူး အပြင်အဆင်နှင့် အလုံးစုံထုပ်ပိုးမှုအရွယ်အစားကိုလည်း လွှမ်းမိုးပါသည်။

2. လျှပ်စစ်စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ကပ်ပါးကောင်များ
   GaN ရဲ့ မြင့်မားတဲ့ switching speed က inductance နဲ့ capacitance လိုမျိုး package parasitics တွေကို အထူးအရေးကြီးစေပါတယ်။ သေးငယ်တဲ့ parasitic element တွေတောင် voltage overshoot၊ electromagnetic interference (EMI) နဲ့ switching losses တွေကို ဖြစ်စေနိုင်ပါတယ်။ flip-chip bonding၊ short current loops နဲ့ embedded die configuration လိုမျိုး packaging strategies တွေကို parasitic effects တွေကို လျှော့ချဖို့အတွက် ပိုမိုအသုံးပြုလာကြပါတယ်။

3. စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ယုံကြည်စိတ်ချရမှု
   SiC သည် မူလကပင် ကြွပ်ဆတ်ပြီး GaN-on-Si စက်ပစ္စည်းများသည် ဖိစီးမှုကို ထိခိုက်လွယ်ပါသည်။ အပူနှင့် လျှပ်စစ်လည်ပတ်မှု ထပ်ခါတလဲလဲအောက်တွင် စက်ပစ္စည်း၏ တည်တံ့ခိုင်မြဲမှုကို ထိန်းသိမ်းရန်အတွက် ထုပ်ပိုးမှုသည် အပူချိန်ချဲ့ထွင်မှု မကိုက်ညီမှုများ၊ ကောက်ကွေးမှုနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ ပင်ပန်းနွမ်းနယ်မှုများကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းရမည်။ ဖိစီးမှုနည်းသော die attach ပစ္စည်းများ၊ ကိုက်ညီသော အောက်ခံများနှင့် ခိုင်မာသော underfills များသည် ဤအန္တရာယ်များကို လျော့ပါးစေရန် ကူညီပေးသည်။

4. သေးငယ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းနှင့် ပေါင်းစပ်ခြင်း
   WBG ကိရိယာများသည် ပါဝါသိပ်သည်းဆမြင့်မားမှုကို ဖြစ်စေပြီး ၎င်းသည် ပက်ကေ့ချ်ငယ်များအတွက် ဝယ်လိုအားကို တွန်းအားပေးသည်။ အဆင့်မြင့်ထုပ်ပိုးမှုနည်းပညာများ—ဥပမာ chip-on-board (CoB)၊ dual-sided cooling နှင့် system-in-package (SiP) ပေါင်းစပ်မှု—သည် ဒီဇိုင်နာများအား စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် အပူချိန်ထိန်းချုပ်မှုကို ထိန်းသိမ်းထားစဉ်တွင် footprint ကို လျှော့ချနိုင်စေပါသည်။ အသေးစားပြုလုပ်ခြင်းသည်လည်း ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်စနစ်များတွင် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းလည်ပတ်မှုနှင့် ပိုမိုမြန်ဆန်သောတုံ့ပြန်မှုကို ပံ့ပိုးပေးသည်။

ပေါ်ထွက်လာသောထုပ်ပိုးမှုဖြေရှင်းချက်များ

SiC နှင့် GaN လက်ခံကျင့်သုံးမှုကို ပံ့ပိုးရန်အတွက် ဆန်းသစ်သောထုပ်ပိုးမှုချဉ်းကပ်မှုများစွာ ပေါ်ပေါက်လာခဲ့သည်-

• တိုက်ရိုက် ကြေးနီ (DBC) အောက်ခံများSiC အတွက်: DBC နည်းပညာသည် မြင့်မားသောလျှပ်စီးကြောင်းများအောက်တွင် အပူပျံ့နှံ့မှုနှင့် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာတည်ငြိမ်မှုကို တိုးတက်စေသည်။

• ထည့်သွင်းထားသော GaN-on-Si ဒီဇိုင်းများ: ၎င်းတို့သည် ကပ်ပါးကောင် inductance ကို လျှော့ချပေးပြီး ကျစ်လစ်သော မော်ဂျူးများတွင် အလွန်မြန်ဆန်စွာ ပြောင်းလဲနိုင်စေပါသည်။

• မြင့်မားသော အပူစီးကူးမှု ဖုံးအုပ်ခြင်း: အဆင့်မြင့် မှိုဒြပ်ပေါင်းများနှင့် ဖိအားနည်းသော အောက်ခံဖြည့်ပစ္စည်းများသည် အပူလည်ပတ်မှုအောက်တွင် အက်ကွဲခြင်းနှင့် အလွှာကွာကျခြင်းကို ကာကွယ်ပေးသည်။

• 3D နှင့် Multi-Chip မော်ဂျူးများ: ဒရိုက်ဘာများ၊ အာရုံခံကိရိယာများနှင့် ပါဝါကိရိယာများကို တစ်ခုတည်းသော package တွင် ပေါင်းစပ်ခြင်းဖြင့် စနစ်အဆင့်စွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေပြီး board နေရာလွတ်ကို လျှော့ချပေးသည်။

ဤဆန်းသစ်တီထွင်မှုများသည် WBG တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ အပြည့်အဝအလားအလာကို ဖွင့်လှစ်ရာတွင် ထုပ်ပိုးမှု၏ အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍကို မီးမောင်းထိုးပြပါသည်။

နိဂုံးချုပ်

SiC နှင့် GaN တို့သည် ပါဝါ semiconductor နည်းပညာကို အခြေခံအားဖြင့် ပြောင်းလဲစေလျက်ရှိသည်။ ၎င်းတို့၏ သာလွန်ကောင်းမွန်သော လျှပ်စစ်နှင့် အပူဂုဏ်သတ္တိများသည် ပိုမိုမြန်ဆန်၊ ပိုမိုထိရောက်ပြီး ပိုမိုကြမ်းတမ်းသောပတ်ဝန်းကျင်တွင် လည်ပတ်နိုင်စွမ်းရှိသော စက်ပစ္စည်းများကို ဖြစ်စေသည်။ သို့သော်၊ ဤအကျိုးကျေးဇူးများကို အကောင်အထည်ဖော်ရာတွင် အပူစီမံခန့်ခွဲမှု၊ လျှပ်စစ်စွမ်းဆောင်ရည်၊ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာယုံကြည်စိတ်ချရမှုနှင့် သေးငယ်အောင်ပြုလုပ်ခြင်းကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းသည့် အဆင့်မြင့်ထုပ်ပိုးမှုဗျူဟာများ လိုအပ်သည်။ SiC နှင့် GaN ထုပ်ပိုးမှုတွင် တီထွင်ဆန်းသစ်သော ကုမ္ပဏီများသည် နောက်မျိုးဆက် ပါဝါအီလက်ထရွန်းနစ်ပစ္စည်းများကို ဦးဆောင်မည်ဖြစ်ပြီး မော်တော်ကား၊ စက်မှုနှင့် ပြန်လည်ပြည့်ဖြိုးမြဲစွမ်းအင်ကဏ္ဍများတွင် စွမ်းအင်ထိရောက်ပြီး မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်စနစ်များကို ပံ့ပိုးပေးမည်ဖြစ်သည်။

အကျဉ်းချုပ်အားဖြင့်၊ ပါဝါတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းထုပ်ပိုးမှုတွင် တော်လှန်ရေးသည် SiC နှင့် GaN တို့၏ တိုးတက်မှုနှင့် ခွဲခြား၍မရပါ။ စက်မှုလုပ်ငန်းသည် ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည်၊ ပိုမိုမြင့်မားသော သိပ်သည်းဆနှင့် ပိုမိုမြင့်မားသော ယုံကြည်စိတ်ချရမှုဆီသို့ ဆက်လက်တွန်းအားပေးနေသည်နှင့်အမျှ၊ ထုပ်ပိုးမှုသည် wide-bandgap တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများ၏ သီအိုရီဆိုင်ရာ အားသာချက်များကို လက်တွေ့ကျပြီး ဖြန့်ကျက်နိုင်သော ဖြေရှင်းချက်များအဖြစ်သို့ ပြောင်းလဲရာတွင် အဓိကအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်မည်ဖြစ်သည်။