Labsa termiskās vadītspējas alumīnija nitrīda keramikas daļa AlN keramikas siltuma novadītājs

Alumīnija nitrīds (AlN) nav tikai neorganisks materiāls, bet to arī uzskata par galveno materiālu elektronisko iepakojumu un pusvadītāju lietojumos. Tā kristālstruktūra, ko dominē kovalentie saites, padara to sešstūrainam, dimantveidīgam nitrīdam un tā ir plaša joslu šauruma (6,2 eV) un ievērojama eksitonu saistīšanas enerģija, kas liek tam būt tieša joslu šauruma pusvadītājam. Alumīnija nitrīda termiskā vadītspēja ir līdz pat aptuveni 320 W/m·K ·K, kas ir salīdzināms ar BeO un SiC, un vairāk nekā 5 reizes lielāks nekā Al2O3. Tajā pašā laikā tā termiskās izplešanās koeficients ir saderīgs ar kremniju un gārfosfīdu, kas papildus palielina tās pielietojuma potenciālu elektronisko iepakojumu jomā. Turklāt alūminija nitrīds izceļas ar lieliskām elektriskās izolācijas, mehāniskajām un optiskajām īpašībām, tas nav toksisks un iztur augstas temperatūras koroziju, radot jaunas cerības pusvadītāju rūpniecībā

Alūminija nitrīda (AlN) keramikas daļas ir augsti tehnoloģiski komponenti, kas izgatavoti no AlN pulvera, izmantojot precīzu formošanu un augstas temperatūras sakausēšanu (1700–1900 °C ) ar sakausēšanas palīglīdzekļiem, piemēram, Y₂O₃ . Tās plaši izmanto elektronikā, pusvadītāju rūpniecībā un aeroskosmiskajā jomā to izcilajām termiskajām, elektriskajām un mehāniskajām īpašībām.

Alumīnija nitrīda keramikas sildītājam ir augstas termiskās vadītspējas, lieliskas siltuma izlīdzināšanas un elektriskās izolācijas īpašības. AlN keramikas sildītājs tiek plaši izmantots pusvadītāju ražošanas iekārtās un var tikt izmantots vakuuma iztvaikošanas sistēmās, izsmidzināšanas mašīnās un CVD iekārtās.

Galvenās īpašības

• Termiskā vadītspēja: 170–230 W/(m·K), ~6–8 reizes augstāka nekā Al₂O₃; dažu šķirņu vērtība sasniedz 260 W/(m·K).
• Termiskā izplešanās: ~4,5×10⁻⁶/K, tuvu silīcija (Si) vērtībai (3,5–4×10⁻⁶/K), lai minimizētu termisko spriegumu.
• Elektriskā izolācija: Pretestība >10¹⁴ Ω·cm istabas temperatūrā; paliek stabila augstās temperatūrās.
• Mehāniskās īpašības: Vikersa cietība ~1200 HV, lieces izturība 300–400 MPa, laba termiskās trieciena izturība.
• Ķīmiskā stabilitāte: Uzturīgs pret kausētu alumīniju/un cu, lielāko daļu skābju/un bāzēm; stabils līdz ~1400 °C oksidējošā vidē.

Galvenie lietojumi

• Elektronikas iepakojums: Pamati, siltuma atvadītāji un iepakojumi augstas jaudas pusvadītājiem (IGBT, LED, RF moduļi) — risina siltuma uzkrāšanos un termisko neatbilstību ar silīciju.
• Pusvadītāju apstrāde: Plazmai izturīgas detaļas (čaks, elektrostatiskais skavētājs, kameru iekšējās apvalki) ēšanai/nokļūšanai iekārtās.
• Aeronautika un aizsardzība: Vieglas, augstas temperatūras izolācijas un siltuma vadības risinājumi aviācijas elektronikā un dzinēju sistēmās.
• Optoelektronika: Lāzeru siltuma izkliedētāji un optiskās komponentes, kurām nepieciešama zema izplešanās un augsta siltumvadītspēja.

Izgatavošana un pielāgošana

Tipisks process: Pulvera maisīšana → formēšana (sausa presēšana, lentes liešana, injekciju liešana) → sakausēšana (1700–1900 °C ar Y₂O₃) → precīzā apstrāde (grindēšana, līdzināšana, lāzera griešana). Detaļas var pielāgot pēc izmēra, biezuma, virsmas apdare un metalizācijas (piemēram, tiešā vara savienošana), lai atbilstu konkrētajām projektēšanas prasībām.

Priekšrocības salīdzinājumā ar citiem materiāliem

• Drošākas nekā BeO (netoksiskas).
• Labāka siltumvadītspējas atbilstība silīcijam nekā SiC.
• Augstāka siltumvadītspēja nekā Al₂O₃, saglabājot līdzvērtīgu izolācijas spēju.

Izmaiņas

• Augstāka cena nekā Al ₂ O ₃ ; jutīgs apstrādes defektiem, kas ietekmē siltumvadītspēju.
• Apstrādes laikā nepieciešama stingra mitruma kontrole, lai novērstu hidrolīzi.

AlN keramikas detaļas ir būtiskas nākamās paaudzes elektronikai un augstas tehnoloģijas sistēmām, ļaujot efektīvi pārvaldīt siltumu un nodrošināt uzticamu darbību ekstrēmos apstākļos.

AlN keramikas siltuma atvadītājs ir augstas klases siltumapgādes komponents

lietots augstas veiktspējas un augstas uzticamības elektronikā, kur kritiski svarīga vienlaicīga maksimālā siltuma pārnešana un elektriskā izolācija. Tas risina klasisko problēmu ar izolējošām, bet siltumvadītspēju samazinošām robežvirsmām, nodrošinot

ceļu, kas vienlaikus ir ļoti siltumvadītspējīgs un izolējošs.

Materiāls: Alumīnija nitrīds (AlN) ir moderna tehniskā keramika.

Galvenā īpašība: Tas ir ārkārtīgi augsts siltumvadītspējas rādītājs kā elektriskais izolators.

augstas tīrības AlN siltumvadītspēja var konkurēt ar metālu, piemēram, alumīnija,

siltumvadītspēju ( ≈ 170–220 W/mK ).

Citi īpašības: Tas ir lielisks elektriskais izolators, tam ir termiskās izplešanās koeficients (CTE), kas tuvu silīcija un citu pusvadītāju termiskās izplešanās koeficientam, kā arī augsta mehāniskā izturība un ķīmiskā stabilitāte.

termiskās izplešanās koeficients (CTE), kas tuvu silīcija un citu pusvadītāju termiskās izplešanās koeficientam, kā arī augsta mehāniskā izturība un ķīmiskā stabilitāte.

termiskās izplešanās koeficients (CTE), kas tuvu silīcija un citu pusvadītāju termiskās izplešanās koeficientam, kā arī augsta mehāniskā izturība un ķīmiskā stabilitāte.

Pamata pielietojumi:

• Jaudas elektronika: Izolējoši pamati IGBT, MOSFET, jaudas moduļiem un LED iepakojumiem. Tas novada siltumu no pusvadītāja kristāla uz metāla pamatplāksni vai siltuma atvadītāju, neprasa atsevišķu izolējošu plāksnīti (kas bieži vien ir zemāka termiskās vadītspējas dēļ).
• RF/mikroviļņu iepakojumi: Kā loga rāmis vai vāks, kas nodrošina gan hermētisku noslēgumu, gan ceļu siltumam, lai tas izvadītos no iekšējā RF kristāla.
• Lāzera diodu nesēji: Lāzera diodu montāžai, kur efektīva siltuma novadīšana ir būtiska ierīces veiktspējai un kalpošanas laikam, saglabājot elektrisko izolāciju.
• Augstsprieguma un augstas frekvences lietojumi: Kur nepieciešama gan augsta termiskās vadītspējas, gan augsta dielektriskā izturība.

 Tipiskais dizains un lietojums:

AlN siltuma novadītājs bieži tiek piegādāts kā precīzi apstrādāta plāksne, atstarpes elements vai

paliktnis.

• Metālizēti vadi vai kontaktplaknes vienā vai abās pusēs (izmantojot molibdēna-mangāna vai biezmērķa tehnoloģijas), lai lodētu vai līmētu citiem komponentiem.
• Caururbumi vai caurumi elektriskajām savienojumu.
• Parasti to lodē vai līmē starp karsto komponentu (piemēram, pusvadītāja kristālu) un dzesēšanas risinājumu (piemēram, vara siltuma izvadītāju).

Tehniskās specifikācijas