シリコン炭化物半導体ウェーハは、ヒートシンクの製造に使用されます

炭化シリコン（SIC）材料は、優れた熱伝導率を備えた典型的な天然超格子均一ポリタイプです。その理論的熱伝導率は490 W・mに達する可能性があります⁻¹・K⁻¹、それを最高の非導電性材料の1つにします。電子デバイスは、動作中に必然的に熱を発生させ、動作温度の上昇により効率が低下します。熱散逸の問題がタイムリーに解決されない場合、電子デバイスは効率的に機能せず、損傷することさえあります。 5G通信に代表される新世代の情報技術では、過去と比較して指数関数的に成長した高密度熱流束の熱散逸問題がますます顕著になっています。シリコン炭化物の使用高出力高密度デバイスでは、シリコン炭化物半導体の高い熱伝導率を利用できるだけでなく、その優れた熱安定性と耐食性を完全に利用することもできます。大手SICウェーハメーカーの1つとして、Pam-Xiamenは生産できます炭化ケイ素基板次のような特定のパラメーターを使用して、半導体レーザーダイオードのヒートシンクとして使用されます。

1. 何をシリコン炭化物半導体ウェーハヒートシンクにも適用できますか?

図1炭化シリコン基板ベースのヒートシンク構造の概略図

2. レビュー半導体SiCレーザーダイオードで

理想的な遷移ヒートシンク材料は、熱伝導率が高い必要があり、レーザーチップの熱膨張係数に合わせることができます。銅は熱伝導率と導電率が高く、半導体レーザーパッケージのヒートシンクとしてよく使用されます。ただし、銅の熱膨張係数はチップの熱膨張係数とは大きく異なり、熱応力を簡単に生成し、レーザーの出力性能に影響を与える可能性があります。高い熱伝導率と、チップと従来のヒートシンクの間のチップの熱膨張係数に近い膨張係数を備えた遷移ヒートシンクを追加すると、この問題は効果的に解決できます。一般的な遷移ヒートシンク材料には、窒化アルミニウムセラミック、酸化ベリリウムセラミック、シリコン炭化物セラミック、タングステン銅合金、シリコン炭化物ウェーハ、ダイヤモンド薄膜などが含まれます。

テーブルから、SIC半導体ウェーハは、炭化シリコンセラミックよりも熱伝導率が高いことがわかります。 Wu et al。従来のCマウント銅ヒートシンクに基づいて、遷移ヒートシンクとしてSIC基板を追加しました。 Cマウント銅のヒートシンクでパッケージ化されたレーザーと比較して、熱抵抗はより良く減少し、電気光学的変換（EOC）の効率と電力の両方が増加しました。熱散逸効果は重要でした。

Yue et al。 ANSYSワークベンチ有限要素法を使用して、窒化アルミニウムセラミック、タングステン銅、炭化シリコンウェーハ、化学蒸気堆積（CVD）ダイヤモンド、および遷移ヒートシンクとしてのグラフェンでパッケージ化された半導体レーザーに関する比較研究を実施します。デバイスの動作条件下での温度、熱応力、および熱ひずみ分布のシミュレーションにより、SICウェーハでパッケージ化されたデバイスの熱応力が最も低く、デバイス温度が窒化アルミニウムとタングステン銅でパッケージ化されたものよりも低いことが示されました。 CVDダイヤモンドとグラフェンパッケージに基づくデバイスは熱抵抗が最も低くなっていますが、熱膨張係数の有意差により、熱応力が高く、レーザーの出力と信頼性に影響します。

研究結果は、炭化シリコン半導体が遷移ヒートシンク材料として使用することは、高出力半導体レーザーに最適であり、ナノシルバーはんだペーストと金のスズはんだをはんだ材料として選択する必要があることを示しています。炭化シリコン基質のエピタキシャル成長の技術または蒸気によるグラフェンの成長は成熟しています。遷移ヒートシンク効果としてSIC基板上のグラフェンの層を覆うことはより良いかもしれませんが、理論的または実験的研究はまだ行われていません。

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