Gerai šilumos laidumo aliuminio nitrido keraminė detalė AlN keraminis šilumos nuvediklis

Aliuminio nitridas (AlN) yra ne tik neorganinė medžiaga, bet taip pat laikomas pagrindine medžiaga elektroninės pakuotės ir puslaidininkių taikymuose. Jo kristalinė struktūra, kurią dominuoja kovalentiniai ryšiai, daro jį šešiakampiu deimantų panašiu nitridu ir suteikia plataus juostos tarpelio (6,2 eV) bei reikšmingos eksitonų susiejimo energijos savybes, todėl jis yra tiesioginio juostos tarpelio puslaidininkis. Aliuminio nitrido šilumos laidumas siekia apie 320 W/m·K. ·K, palyginama su BeO ir SiC, ir daugiau kaip 5 kartus didesnė nei Al2O3. Tuo pat metu jo šiluminis plėtimosi koeficientas suderinamas su siliciu ir galio arsenidu, dar labiau padidinant jo taikymo potencialą elektroninės pakavimo srityje. Be to, aliuminio nitridas pasižymi puikiomis elektrinėmis izoliacinėmis, mechaninėmis ir optinėmis savybėmis, nėra nuodingas ir atsparus aukštai temperatūrai bei korozijai, todėl suteikia naujos vilties puslaidininkių pramonei

Aliuminio nitrido (AlN) keraminiai komponentai yra pažangūs komponentai, pagaminti iš AlN miltelių tiksliai formuojant ir aukštos temperatūros kaitinant (1700–1900 °C ) su kaitinimo pagalbinėmis medžiagomis, tokios kaip Y₂O₃ . Jie plačiai naudojami elektronikoje, puslaidininkiuose ir kosmonautikoje dėl jų išskiltingų šiluminių, elektrinių ir mechaninių savybių.

Aliuminio nitrido keraminis šildytuvas turi aukštos šilumos laidumo, puikią šilumos išlyginimo ir elektrinės izoliacijos savybes. AlN keraminiai šildytuvai plačiai naudojami puslaidininkių gamybos įrenginiuose ir gali būti naudojami vakuumo garinimo sistemose, dulkių dengimo (sputtering) įrenginiuose bei cheminio garinimo (CVD) įrenginiuose.

Pagrindinės savybės

• Šilumos laidumas: 170–230 W/(m·K), ~6–8 kartus didesnis nei Al₂O₃; kai kurios rūšys pasiekia 260 W/(m·K).
• Šiluminis plėtimasis: ~4,5×10⁻⁶/K, artimas silicio (Si) reikšmei (3,5–4×10⁻⁶/K), kad būtų sumažintas šiluminis įtempis.
• Elektrinė izoliacija: savitoji varža >10¹⁴ Ω·cm kambario temperatūroje; išlieka stabilioji aukštoje temperatūroje.
• Mechaninės savybės: Vikerso kietumas ~1200 HV, lenkimo stipris 300–400 MPa, gerai atsparus šiluminiam smūgiui.
• Chemine stabilumas: Atsparus lydytai aliuminio ir vario medžiagai, daugumai rūgščių ir šarmų; stabilus iki ~1400 °C oksiduojančiose aplinkose.

Pagrindinės programos

• Elektroninė pakuotė: pagrindai, šilumos atsiskyrimo elementai ir pakuotės aukštos galios puslaidininkiams (IGBT, LED, RF moduliai) – sprendžia per didelio šilumos kaupimosi ir šiluminio neatitikimo su siliciu problemas.
• Puslaidininkių apdorojimas: dalys, atsparios plazmai (paviršiaus laikikliai, elektrostatiniai spaustukai, kamerų išklotos), naudojamos įrenginiuose, skirtuose ėsdinimui / nuosėdų dėjimui.
• Aviacija ir krašto gynimas: lengvoji, aukštos temperatūros izoliacija bei šilumos valdymas avionikos ir varomųjų sistemų įrenginiuose.
• Optoelektronika: lazerių šilumos išsklaidymo elementai ir optiniai komponentai, reikalaujantys mažo išsiplėtimo koeficiento ir aukštos šiluminės laidumo.

GamYba ir pritaikymas

Tipiškas gamybos procesas: miltelių maišymas → formavimas (sausasis presavimas, juostos liejimas, injekcinis formavimas) → sinterizavimas (1700–1900 °C su Y₂O₃) → tikslusis apdirbimas (šlifavimas, poliravimas, lazerinis pjovimas). Detalės gali būti pritaikomos pagal dydį, storį, paviršiaus apdailą ir metalizaciją (pvz., tiesioginis vario sujungimas), kad atitiktų konkrečius projektavimo reikalavimus.

Privalumai prieš kitus variantus

• Saugesnė nei BeO (netoksiška).
• Geresnis šiluminis atitikimas siliciui nei SiC.
• Didesnė šilumos laidumas nei Al₂O₃, tačiau izoliacinės savybės panašios.

Iššūkiai

• Brangiau nei aliuminis. 2 - 2 O ₃ ; jautrus apdorojimo defektams, kurie gali paveikti šilumos laidumą.
• Apdorojimo metu reikia griežtai kontroliuoti drėgmę, kad būtų išvengta hidrolizės.

AlN keraminiai komponentai yra kritiškai svarbūs naujos kartos elektronikai ir aukštos technologijos sistemoms, leisdami efektyviai valdyti šilumą ir užtikrinti patikimą veikimą ekstremaliose sąlygose.

AlN keraminis šilumos nuvediklis yra aukštos kokybės šilumos valdymo komponentas

naudojamas didelės našumo ir didelės patikimumo elektronikoje, kur vienu metu yra kritiškai svarbus maksimalus šilumos perdavimas ir elektros izoliacija. Jis sprendžia klasikinę problemą – izoliuojančių, bet šiluminėje prasme varžančių sąsajų – užtikrindamas

keliai, kuris vienu metu yra labai šiluminės laidumo ir izoliacinis.

Medžiaga: aliuminio nitridas (AlN) yra pažangus techninis keraminis medžiagų tipas.

Pagrindinė savybė: tai nepaprastai aukšto šilumos laidumo medžiaga, skirta

elektros izoliacijos. Aukšto grynumo AlN gali turėti šiluminio laidumo, kuris yra lygus

metalo, pavyzdžiui, aliuminio ( ≈ 170-220 W/mK ).

Kitos savybės: Puikus elektros izoliacijos šaltinis, kurio koeficientas yra

šiluminė plėtra (CTE), kuri labai atitinka silicio ir kitų

puslaidininkai, turi didelę mechaninę tvirtumą ir cheminį stabilumą.

Pagrindinės programos:

• Elektros energija: izoliuojantys IGBT, MOSFET, elektros modulių ir LED paketų substratai. Jis perkelia šilumą iš puslaidininkės į metalinę bazę arba šilumos telkinį be atskiros izoliacinės plokštelės (kuri dažnai turi mažesnį šilumą perduodantį galią).
• RF/mikrovalinių paketų: kaip langų rėmas arba dangtis, kuri suteikia ir hermetinį uždarymo, ir kelio šilumai ištrūkti iš vidaus RF die.
• Lazerinių diodų nešiotojai: montuojami lazeriniai diodai, kuriuose efektyvi šilumos gavyba yra svarbi veiklai ir gyvavimo trukmei, išlaikant elektrinę izoliaciją.
• Aukštos įtampos ir aukšto dažnio taikymo sritys: kur reikalingos tiek puikios šiluminės charakteristikos, tiek aukšta dielektrinė stiprybė.

 Tipiškas projektavimas ir naudojimas:

AlN šilumos perduodamasis elementas dažniausiai būna tiksliai apdirbtas plokštuma, atstumo laikiklis arba

pagrindas.

• Vienoje ar abiejose pusėse gali būti metalizuoti laidai arba padai (naudojant molibdeno-mangano ar storos plėvelės technologijas), skirti suvirinti ar prilaužyti prie kitų komponentų.
• Perėjimo skylės arba perėjimai elektrinėms jungtims.
• Jis paprastai prilaužomas ar suvirinamas tarp karšto komponento (pvz., puslaidininkinio kristalo) ir aušinimo sprendimo (pvz., varinio šilumos išsisklaidymo radiatoriaus).

Techninės specifikacijos