AlN altlığı istilik keçiriciliyi baxımından həqiqətən seçilir və onun istilik keçiriciliyi göstəriciləri təxminən 170-dən 200 W/mK-ə qədərdir. Eyni şəraitdə bu, yalnız 20-dən 30 W/mK-ə qədər olan alüminium oksid və ya 15-dən 35 W/mK-ə qədər olan silisium nitrid kimi digər materiallarla müqayisədə olduqca təsir bağışlayır. AlN-nin bu qədər yaxşı olmasının səbəbi onun unikal vurtsit kristal quruluşudur. Bu düzülüş istiliyin materialın daxilindən effektiv şəkildə keçməsinə imkan verir və eyni zamanda elektrik xüsusiyyətlərini pozmadan təxminən 14 kV/mm-də möhkəm izolyasiyanı saxlayır. AlN-dən istifadə edən güc modulları adətən ənənəvi oksid altlıqlara nisbətən 30%-dən 40%-ə qədər az istilik müqaviməti göstərir. İstiliyin daha az toplanması yarımkeçiricilərin işləməzdən əvvəl daha uzun müddət dayanmasını deməkdir. Yüksək tezlikli dizaynlar üzərində işləyənlər üçün bu cür səmərəlilik əslində əlavə soyutma komponentlərinə olan ehtiyacı azaldır. Nəticə isə? Sistemlər əvvəllər mümkün olandan daha az yer tutur, daha yüngüldür və daha kiçik paketlərdə daha çox güc sıxışdırır.
AlN, həcm formasında olduğu zamanın 90%-dən çoxunu saxlamaqla, olduqca nazik olanda belə təsirli istilik keçiriciliyini qoruyur, çünki səthlərdə fonon səpilməsindən irəli gələn müdaxilə az olur. Bu xüsusiyyət onu, istilik birikməsinin ümumi problem olduğu nazik plёнка və ya çoxlu təbəqəli tətbiqlər üçün fərqləndirir. Materialın istilik genişlənmə əmsalı təxminən 4,5 ppm/Kelsi dərəcədir ki, bu da silikon və silisium karbid die-lərlə yaxşı uyğunlaşır. Bu uyğunluq, alümina kimi bir-birinə yaxşı uyğunlaşmayan materiallarla müqayisədə materiallar arasındakı istilik müqavimətini təxminən 60% azaldır. Bu xassəni xüsusilə birbaşa birləşdirilmiş mis (DBC) kimi yaxşı metalizasiya texnikaları ilə birləşdirsək, səthlərarası istilik keçiriciliyi göstəricisinin 3000 Vt/m²·K-dən artığını müşahidə edirik. Bu cür xüsusiyyətlər AlN-i təyyarələrin güc sistemləri və ya normal iş rejimində 200°C-dən artıq temperatur dəyişikliyinə məruz qalan güclü lazer dio dlari kimi çətin istilik şəraitinə malik tətbiqlər üçün uyğun edir.
Kremniy karbid (SiC) MOSFET-lər qallium nitriddən (GaN) HEMT ilə birlikdə, keçid temperaturları sıx limitlər daxilində qaldıqda ən yaxşı işləyir. Alüminium nitriddə (AlN) istiliyi belə yaxşı keçirdiyi üçün təxminən 20-dən 30 dərəcə Selsi qədər aşağı salaraq 1,2 kV-dan çox olan sənaye mühərrik sürüləri və server enerji təchizatı kimi yüksək gərginlik tətbiqlərində güc modullarının içindəki problemli isti nöqtələri azaldır. Bu, istilik getdikcə artım problemlərini qarşısını almaqda böyük fərq yaradır. Arrhenius modeli kimi etibarlılıq tədqiqatlarından bildiyimiz kimi, bu temperaturları aşağı salmaq cihazların xeyli uzun müddət işləməsinə səbəb olur. Məsələn, SiC MOSFET-lərin AlN ilə birləşdirilməsi 50 kHz tezlikdə işləyərkən heç bir performans tənzimləməsinə ehtiyac olmadan belə təxminən 98,5% səmərəlilikdə qalmasını təmin edir. Digər vacib üstünlük isə AlN-in yarımkeçirici materiallarla genişlənmə sürətləri baxımından uyğunluğundan irəli gəlir. Bu uyğunluq temperatur dəyişikliklərindən yaranan mexaniki gərginliyi dayandırır ki, bu da mikroçatlamaların yaranması və ya lehim birləşmələrinin isti-soyuq dövrlərdən sonra aşınması kimi hallar baş verməz.
Elektrikli avtomobillər üçün çəkili invertorların istilik idarəetməsi bu kompakt güc sistemlərinin yaratdığı titrəmələrə, temperatur dalğalanmalara və intensiv istiliyə dözəcək qədər möhkəm olmalıdır. Alüminium nitrin (AlN) altlıqlar bu 800 volt batareya sistemlərində hər kvadrat santimetrə 500 V-a qədər olan istilik axınlarını hələ də idarə edərkən soyuducu sistemləri təxminən 30% kiçildir. Bu material, adi keramik materiallara nisbətən IGBT/SiC hibrid modullarının daxilində keçid temperaturlarını təxminən 15-dən 25 dərəcə Selsiyə qədər azaldır. Həmçinin, həyata keçirilmiş sınaqlar da təsirli nəticələr göstərib. Səhra yerləşimlərində quraşdırılmış günəş mikroinvertorlarında əməliyyatın yalnız beş ilindən sonra nasazlıq tezliyi 40% azalıb. AlN komponentləri ilə təchiz edilmiş külək turbinləri, duzlu hava, rütubət və mənfi 40 dərəcə Selsiyə qədər olan temperaturlarda başlanğıc kimi sərt sahil şəraitinə qarşı qoymağa baxmayaraq, 99%-dən yuxarı iş vaxtını saxlayır. AlN-nin diqqət çəkən tərəfi nəm və ya kirli mühitdə elektrik qövsünə müqavimət göstərməsindən ibarətdir və bu onun müxtəlif bərpa olunan enerji tətbiqləri üçün etibarlı, möhkəm infrastruktur qurmaq üçün vacib bir material halına gəlməsinin səbəbidir.
Güc elektronikası dünyası istiqliyi yaxşı idarə etmək, çətin şərtlərdə uzun ömürlü olmaq və çevik paketləşdirmə imkanları təklif etmək olmaqla üç vacib şeyi eyni vaxtda həll edən altlıqlara ehtiyac duyur. Alyüminium nitrin bu bütün tələbləri yerinə yetirir. Onun istilik keçiriciliyi 170 ilə 200 Vt/mK arasında dəyişir və bu, sıx quruluşlu IGBT və tiristor kimi güc elementlərindən istiliyi səmərəli şəkildə uzaqlaşdırmağı təmin edir. Bundan əlavə, təxminən 4,5 ppm/K olan istilik genişlənmə əmsalı silikonla və yeni nəsil geniş zolaqlı yarımkeçiricilərlə yaxşı uyğunlaşır, beləliklə temperaturun dəyişməsi ilə əşyaların qeyri-təbii şəkildə əyilməsi və ya lehim birləşmələrinin zədələnməsi ehtimalı azalır. ASME tərəfindən müəyyən edilmiş sənaye standartlarına görə, qatlı paketlərdə mexaniki gərginlik hər 100 dərəcə temperatur dəyişmə üçün bəzən 0,8%-dən çox ola bilər. Lakin AlN-in müxtəlif materiallarla uyğunluğu bu riski əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Güclülüyünə gəlincə, AlN avtomobillər və təyyarələrdə rast gəlinən kifayət qədər sərt titrəmələrə dözür və 50G-ə qədər olan yükü dözə bilir. Və başqa bir üstünlük: AlN elektrik izolyasiya xassələrini qurban vermədən 0,3 mm qalınlığında izolyasiya təbəqələrə imkan verir, paket ölçülərini təxminən yarısına qədər kiçildərək elektrikli avtomobillərin hərəkət sistemləri və şəbəkəyə qoşulan bərpa olunan enerji sistemlərində komponentlərin kiçilməsi üçün ideal hala gətirir.
EN
