Prema medijskim izvještajima iz 2025. godine, TSMC, koristeći svoje dugogodišnje iskustvo u proizvodnji 12- vafla, promoviše zamjenu tradicionalnih keramičkih podloga sa monokristalnim SiC-om velikih{3}}veličina-. Materijali od silicijum karbida dijele se na monokristalni SiC i polikristalni SiC, pri čemu se potonji uglavnom odnosi na SiC keramiku.
Tradicionalni materijali za keramičke podloge uglavnom uključuju Al₂O₃, BeO, AlN i Si₃N₄, ali svaki ima svoje nedostatke: Al₂O₃ keramika ima nisku toplotnu provodljivost; BeO keramika ima koeficijent termičke ekspanzije (CTE) koji se značajno razlikuje od Si i veoma je toksična, što ograničava njihovu upotrebu; AlN keramika je skupa i ima malu čvrstoću; Si₃N₄ keramika ima relativno nisku toplotnu provodljivost. SiC keramiku, sa svojom visokom toplotnom provodljivošću, visokom čvrstoćom, visokom tvrdoćom, otpornošću na visoke temperature, otpornošću na koroziju, CTE bliskim Si, i visokom jačinom polja proboja, istraživači smatraju idealnim kandidatskim materijalom za keramičke podloge.
Primjena jednostrukih-kristalnih SiC supstrata
Podloge za IGBT ambalažu
Bipolarni tranzistori sa izolovanim vratima (IGBT) su važni uređaji velike-snage u energetskoj elektronici, koji se široko koriste u električnim vozilima, željezničkom tranzitu, vazduhoplovstvu, fotonaponskoj proizvodnji energije, pametnim mrežama i drugim poljima. Zbog svoje velike radne struje, visoke frekvencije prebacivanja i kompaktne strukture, IGBT-ovi generiraju značajnu toplinu tokom rada. Ako se ne rasprši na vrijeme, ova toplina može smanjiti efikasnost uređaja, skratiti vijek trajanja ili čak uzrokovati kvar uređaja.
Toplina koju generiraju IGBT moduli uglavnom se odvodi do kućišta i raspršuje preko bakrene-podloge, čineći supstrat ključnim materijalom za odvođenje topline za upravljanje toplinom. Toplotna provodljivost podloge obložene bakrom- direktno određuje performanse odvođenja topline energetskog uređaja.
Trenutno, IGBT ambalaža još uvijek koristi podloge obložene keramičkim-bakarom-, ali keramički materijali općenito imaju nisku toplotnu provodljivost. Na primjer, toplotna provodljivost Al₂O₃ keramike je samo 20 W/(m·K), Si₃N₄ keramike je 80 W/(m·K), a AlN keramike je 180 W/(m·K). Kako snaga IGBT uređaja nastavlja da raste, keramika sa niskom toplotnom provodljivošću postepeno ne uspeva da ispuni zahteve za rasipanje toplote čipa.
Jedno-kristalni SiC AMB (aktivno lemljenje metala) bakrena-podloga se sastoji od: jednog-kristalnog SiC supstrata, metalnih bakarnih slojeva na gornjoj i donjoj površini i sloja punila za lemljenje između SiC supstrata i bakarnih slojeva. Podloga od jednog-kristalnog SiC-a je napravljena od-polu-izolacionog mono-monokristalnog SiC materijala visoke otpornosti.
Podloge za pakovanje SiC modula napajanja
U poređenju sa modulima baziranim na silikonu{0}}, SiC energetski moduli imaju mnogo veću gustinu snage. Međutim, SiC čipovi su manji i imaju veću gustinu toplotnog fluksa, što čini disipaciju toplote kritičnim problemom za SiC module napajanja.
Trenutno, podloge koje se koriste za elektronske uređaje i različite module spadaju u tri kategorije: supstrati od smole, keramičke podloge i podloge na bazi metala{0}}. Podloge od smole imaju toplotnu provodljivost od oko 1 W/(m·K), slabo rasipanje toplote, otpornost na toplotu i pouzdanost i obično se koriste za kontrolne ploče. Metalne{4}}podloge imaju toplotnu provodljivost od oko 2–6 W/(m·K) i uglavnom se koriste za energetske module sa naponom ispod 600 V/50 A. Keramičke podloge imaju toplotnu provodljivost u rasponu od 20 do 170 W/(m·K) i obično se koriste za module velike{12}{12}{1C snage, jake struje.
Najčešće korištene keramičke podloge su Al₂O₃ i AlN supstrati. Tokom ispitivanja termičkog udara, CTE neusklađenost između keramičke podloge i SiC čipa stvara termički stres na rubovima bakrenog vodiča i unutar keramičke podloge. Ova degradacija dovodi do pukotina, što utiče na ekološku pouzdanost SiC energetskih modula i ograničava njihov vijek trajanja.