SIC 장치의 신뢰성에 영향을 미치는 요인은 무엇입니까?

이봐! SIC 장치의 공급 업체로서 저는 Power Semiconductor 게임의 두꺼운 시간 동안 꽤 오랫동안있었습니다. 이 장치에서 얼마나 중요한 신뢰성이 있는지 직접 보았습니다. 이 블로그에서는 SIC 장치의 신뢰성에 영향을 줄 수있는 요소를 분류 할 것입니다.

1. 재료 품질

기초부터 시작하겠습니다 - 재료 자체. 실리콘 카바이드 (SIC)는 매우 멋진 반도체 재료입니다. 높은 고장 전압, 높은 열전도율 및 저항이 적은 놀라운 특성이 있습니다. 그러나 SIC 재료의 품질은 크게 다를 수 있습니다.

SIC 웨이퍼의 결정 결함은 주요 두통입니다. 탈구, 스태킹 결함 및 마이크로 파이프는 SIC 장치의 성능과 신뢰성을 모두 엉망으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 마이크로 파이프는 누출 전류의 경로 역할을 할 수 있습니다. 높은 전압 SIC 장치가 있으면 작은 누출 전류조차도 시간이 지남에 따라 과열이 발생하여 장치 고장으로 이어질 수 있습니다.

SIC 재료의 불순물은 또 다른 문제입니다. 소량의 원치 않는 요소조차도 장치의 전기적 특성을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 불순물은 전하 운송 업체의 트랩 역할을 할 수 있습니다. 이는 장치의 스위칭 속도와 효율에 영향을 줄 수 있습니다. 그리고 장치가 제대로 전환 할 수 없다면 매우 신뢰할 수 없을 것입니다.

2. 제조 공정

우리가 SIC 장치를 만드는 방식은 중요합니다. 제조 공정의 각 단계는 신뢰성에 영향을 줄 수 있습니다.

먼저, 에피 택셜 성장 과정. 이곳에서 우리는 웨이퍼 위에 얇은 SIC 층을 키우는 곳입니다. 에피 택셜 층의 균일 한 두께 또는 조성이 있으면 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 더 두껍거나 얇은 면적은 다른 전기 특성을 가질 수 있습니다. 이로 인해 작동 중 장치의 전류 분포가 고르지 않을 수 있습니다. 고르지 않은 전류 분포는 핫스팟을 유발하여 장치의 수명을 줄일 수 있습니다.

그런 다음 도핑 과정이 있습니다. 도핑은 SIC의 특정 영역에 불순물을 도입하여 전기 전도도를 변화시키는 방법입니다. 도핑 농도가 꺼져 있으면 장치의 임계 값 전압, 파괴 전압 및 기타 중요한 매개 변수를 엉망으로 만들 수 있습니다. 예를 들어, 도핑이 특정 영역에서 너무 높으면 장치가 예상보다 낮은 전압으로 분해 될 수 있습니다.

금속 화 과정도 핵심입니다. 이것은 우리가 SIC에 금속 층을 퇴적하여 전기 접촉을 만들 때입니다. 금속 -SIC 인터페이스가 잘 형성되지 않으면 접촉 저항이 높을 수 있습니다. 높은 접촉 저항은 열 형태로 더 많은 전력 손실을 의미합니다. 그리고 우리가 알다시피, 열은 신뢰성의 적입니다.

3. 포장

포장은 SIC 장치를 보호하는 방법 일 뿐이라고 생각할 수도 있지만 그 이상입니다. 포장은 장치의 신뢰성에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

열 관리는 주요 요인입니다. SIC 장치는 작동 중에 많은 열을 생성 할 수 있습니다. 패키지 가이 열을 효과적으로 소멸시킬 수 없으면 장치의 온도가 계속 증가합니다. 고온은 누출 증가, 캐리어 이동성 감소 및 장치의 물리적 손상과 같은 모든 종류의 문제를 일으킬 수 있습니다.

예를 들어, 일부 패키지는 열전도율이 낮은 재료를 사용합니다. 이로 인해 장치 내부의 열을 가두어 과열로 이어질 수 있습니다. 반면, 방열판이나 열 비아가있는 패키지는 장치를 차가워지고 원활하게 작동하는 데 도움이 될 수 있습니다.

기계적 스트레스는 포장과 관련된 또 다른 문제입니다. 장치에 기계적 진동, 충격 또는 온도 변화가 발생하면 패키지는 SIC 칩에 응력을 가질 수 있습니다. 이 응력은 칩에 균열이 발생하거나 내부 연결이 손상 될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 장치 고장으로 이어질 수 있습니다.

4. 운영 조건

실제 세계 애플리케이션에서 SIC 장치를 사용하는 방식도 신뢰성에 영향을 줄 수 있습니다.

온도는 큰 사람입니다. SIC 장치는 일반적으로 전통적인 실리콘 장치보다 고온을 처리하는 것이 좋습니다. 그러나 그들은 여전히 ​​한계가 있습니다. 작동 온도가 너무 오랫동안 너무 높으면 장치의 재료가 저하 될 수 있습니다. 예를 들어, 장치의 유전체 재료는 분해되어 누출 전류가 증가하고 신뢰성이 줄어 듭니다.

전압 및 전류 응력도 중요합니다. 장치의 정격 값보다 높은 전압 또는 전류를 적용하면 즉시 실패 또는 기간이 저하 될 수 있습니다. 예를 들어, SIC 장치를 고장 전압보다 높은 전압 스파이크에 적용하면 장치에 영구적 인 손상이 발생할 수 있습니다.

습도 및 기타 환경 적 요인도 역할을 할 수 있습니다. 수분은 장치의 금속 부품을 부식시켜 짧은 회로를 유발할 수 있습니다. 먼지 또는 기타 오염 물질에 노출되면 장치의 성능과 신뢰성에도 영향을 줄 수 있습니다.

5. 장치 설계

SIC 장치 자체의 설계는 신뢰성에 영향을 줄 수 있습니다.

장치의 레이아웃은 현재 분포에 영향을 줄 수 있습니다. 우물 - 설계된 레이아웃은 전류가 장치를 통해 균등하게 흐르도록합니다. 이를 통해 핫스팟을 예방하고 장치 고장의 위험을 줄입니다. 예를 들어, 좋은 레이아웃은 전류 흐름의 균형을 맞추기 위해 대칭 디자인을 가질 수 있습니다.

장치의 보호 회로도 중요합니다. 이 회로는 장치를 오버 전압, 오버 전류 및 기타 비정상적인 조건으로부터 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 내장 전압 보호 회로는 갑작스런 전압 스파이크가 있으면 장치의 전압을 제한 할 수 있습니다. 이렇게하면 장치가 손상되지 않도록 할 수 있습니다.

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결론

보시다시피, SIC 장치의 신뢰성에 영향을 줄 수있는 여러 가지 요인이 있습니다. 재료의 품질에서 실제 세계에서 장치를 사용하는 방식에 이르기까지 모든 단계가 중요합니다. 공급 업체로서 우리는 SIC 장치의 신뢰성을 향상시키기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 우리는 고품질 재료를 사용하고 제조 공정을 정제하며 더 나은 패키지 및 장치를 설계합니다.

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참조

1. BJ Baliga, "파워 반도체 장치", Springer, 2008.
2. Mr. Melloch와 Ma Khan, "실리콘 카바이드 : 미래의 고등 전력 및 RF 장치를위한 기본적으로 새로운 재료", Electron Devices의 IEEE 트랜잭션, vol. 52, No. 8, 2005.
3. YS Park 등, "실리콘 카바이드 전력 장치의 신뢰성 문제", Microelectronics Reliability, Vol. 50, No. 11-12, 2010.