AlN pagrindas išsiskiria šilumos valdymu, turėdamas šiluminės laidumo rodiklius apie 170–200 W/mK. Tai yra įspūdinga, jei lygintume su kitomis medžiagomis, tokiomis kaip aliuminio oksidas – tik 20–30 W/mK arba silicio nitridas – 15–35 W/mK panašiomis sąlygomis. AlN tokį gera daro unikali vurcito kristalinė struktūra. Ši išdėstymo forma leidžia šilumai efektyviai judėti per medžiagą, nesumažindama elektrinių savybių ir išlaikant stiprią izoliaciją – apie 14 kV/mm. Naudojant AlN galingumo moduliai paprastai rodo 30–40 % mažesnį šiluminį atsparą lyginant su tradiciniais oksido pagrindais. Mažesnis šilumos kaupimasis reiškia, kad puslaidininkiai tarnauja ilgiau iki sugedimo. Tiems, kurie dirba su aukštos dažninės konstrukcijomis, tokia efektyvumas iš tiesų sumažina poreikį papildomiems aušinimo komponentams. Galutinis rezultatas? Sistemos, kurios užima mažiau vietos, sveria mažiau ir telpa į mažesnius korpusus nei anksčiau buvo įmanoma.
AlN išlaiko įspūdingą šilumos laidumą net ir esant labai plonoms dangtelėms, išlaikydamas daugiau nei 90 % to, ką turėtų masyvusis (bulk) medžiaga, nes tarpfazinio fononų sklaidymo trukdžiai yra nedideli. Dėl to AlN išsiskiria taikant plonas dėseles arba daugiasluoksnes struktūras, kurios susiduria su šilumos kaupimosi problema. Šios medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas sudaro apie 4,5 ppm/K, kas gana gerai atitinka tiek silicio, tiek silicio karbido kristalus. Tai sumažina šiluminę varžą tarp medžiagų apie 60 %, palyginti su tokiais sprendimais kaip aliuminio oksidas, kurio parametrai tarpusavyje sutampa prasčiau. Sujungus šią savybę su efektyviomis metalizavimo technologijomis, ypač tiesioginiu vario jungimu (DBC), pasiekiamas tarpfazinis šilumos laidumas, viršijantis 3 000 W/m²·K. Tokios charakteristikos daro AlN tinkamą naudoti sunkiomis šiluminėmis sąlygomis, pvz., lėktuvų energijos sistemose ar galinguose lazeriniuose dioduose, kuriuose normalios veikimo metu temperatūros pokyčiai viršija 200 °C skirtumą.
Silicio karbidas (SiC) MOSFET'ai kartu su galio nitridu (GaN) HEMT'ais veikia geriausiai, kai jų sandūros temperatūros išlieka griežtose ribose. Aliuminio nitridas (AlN) išsiskiria dėl puikaus šilumos laidumo, kuris sumažina varginančias karštas vietas maitinimo moduliuose apie 20–30 laipsnių Celsijaus. Tai labai svarbu aukšto įtampos taikymuose, viršijančiuose 1,2 kV, pvz., pramoniniuose variklių valdikliuose ar serverių maitinimo šaltiniuose, kad būtų išvengta termobegimo problemų. Remiantis patikimumo tyrimais, panašiais į Arrhenijaus modelį, žemesnės temperatūros iš tikrųjų padidina prietaisų tarnavimo laiką. Pavyzdžiui, SiC MOSFET'ai, derinami su AlN, išlaiko apie 98,5 % efektyvumą net perjungdami 50 kHz dažniu be jokių našumo koregavimų. Kitas svarbus privalumas yra tai, kad AlN turi panašų išsiplėtimo koeficientą kaip puslaidininkinių medžiagų medžiagos. Ši suderinamumas neleidžia mechaninio įtempimo, kurį sukelia temperatūros pokyčiai, todėl po daugelio šildymo ir aušimo ciklų nebepasitaiko mikroįtrūkimų arba ištirpusių sąlyčių nusidėvėjimo.
Elektrinių transportu invertorų termo menedžmentas turi būti tvarstis vibracijoms, temperaturų svanktuimams ir intensiviam šiltumui, generuojamam šių kompaktinių energetikos sistemų. Aluminio nitridas (AlN) pagrindai padara šaltinimo sistemos aptink 30 % kompaktesni, tačiau dar sprendžia šiltumų fluxus, sotink 500 W kvadratiniam centimetru 800 voltų baterijų sistemose. Ši materialas smanšiai samanšia jungtinės temperaturą IGBT/SiC hibridinių modulių interne aptink 15–25 °C, salyginai su standartinėmis keraminėmis materialais. Realaus pasaulio testavimas taip pat parodo įspūdingus rezultatus. Solarinės mikroinvertorės, umontuotas pūkštietės lokacijose, po pętnerius eksploatacijos metų, įgalėjo 40 % samanšiti neispravių likimą. Vientės turbinos, aprūpintas AlN komponentais, užtikrina virš 99 % darbinių laiko, net kovojant su agresivinėmis kustalų uslovybėmis, tokiomis kaip sūgusis ait, vlaga ir palikimas temperaturas, sotink minus 40 °C. AlN unikalumu yra sprendimas elektriniam lūkštimui vlage ir netvarkinėje veikėje, kas delėlė jo kritiškai svarbi reliabelių, ilgatvėrė infrastruktūros įvairios atsikurinčios energetikos aplikacijos.
Galios elektronikos pasauliui reikia pagrindų, kurie vienu metu galėtų tvarkyti tris svarbiausius dalykus: efektyviai valdyti šilumą, atlaikyti sunkias sąlygas ir siūlyti lankstias pakuotės parinktis. Aliuminio nitridas atitinka visus šiuos reikalavimus. Jo šilumos laidumas svyruoja nuo 170 iki 200 W/mK, kas reiškia, kad jis efektyviai pašalina šilumą nuo tankių galios komponentų, tokių kaip IGBT ir tiristorai. Be to, šiluminės plėtimosi koeficientas apie 4,5 ppm/K puikiai tinka siliciui ir naujesniems platiųjų juostų puslaidininkiams, todėl mažėja detalėms išsikreivinti arba lituotiems sujungimams sugesti kintant temperatūrai. ASME nustatyti pramonės standartai rodo, kad sluoksniuotose pakuotėse mechaninė įtampa kaupiasi gana stipriai – kartais daugiau nei 0,8 % kiekvienam 100 laipsnių temperatūros pokyčiui. Tačiau AlN suderinamumas su skirtingais medžiagomis ženkliai sumažina šį pavojų. Kalbant apie stiprumą, AlN atlaiko gana stiprius virpesius, būdingus automobiliams ir lėktuvams, išgyvendamas jėgas iki 50G. Ir dar vienas privalumas: AlN leidžia izoliaciniams sluoksniams būti tokio plono kaip 0,3 mm, sumažinant pakuotės dydį beveik dvigubai, neprarandant elektros izoliacijos savybių. Tai daro jį idealų sprendimą elektromobilių variklių sistemose ir tinklui prijungtose atsinaujinančios energijos sistemose.
EN
