चांगली तापमान वाहकता असलेला अॅल्युमिनियम नायट्राइड सिरॅमिक भाग, AlN सिरॅमिक उष्णता शंट

अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) हे केवळ एक अकार्बनिक पदार्थ नाही, तर इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग आणि सेमिकंडक्टर अनुप्रयोगांमध्ये एक महत्त्वाचा पदार्थ मानला जातो. त्याची सहसंयोजक बंधांनी नियंत्रित केलेली क्रिस्टल संरचना त्याला षटकोनी हीरा-सदृश नायट्राइड बनवते आणि त्यात विस्तृत बँडगॅप (6.2 eV) आणि महत्त्वाची उत्तेजित बांधणी ऊर्जा असते, ज्यामुळे तो एक प्रत्यक्ष बँडगॅप सेमिकंडक्टर बनतो. अॅल्युमिनियम नायट्राइडची उष्णता वाहकता सुमारे 320 W/m इतकी उंच असते. ·K, जे BeO आणि SiC शी तुलनीय आहे आणि Al2O3 पेक्षा 5 पट जास्त आहे. त्याचवेळी, त्याचा उष्णता प्रसार गुणांक सिलिकॉन आणि गॅलियम आर्सेनाइडशी सुसंगत आहे, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग क्षेत्रात त्याच्या अनुप्रयोग संभाव्यतेला अधिकच वाढ दिली जाते. तसेच, अॅल्युमिनियम नायट्राइडमध्ये उत्कृष्ट विद्युत निरोधक, यांत्रिक आणि प्रकाशिक गुणधर्म आढळतात आणि ते विषमुक्त असून उच्च तापमानातील संक्षारास प्रतिरोधक आहे, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर उद्योगाला नवीन आशा निर्माण झाली आहे.

अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) सिरॅमिक भाग हे AlN पावडरपासून तयार केलेले उन्नत घटक आहेत, जे अत्यंत अचूक मॉल्डिंग आणि उच्च तापमानावरील सिंटरिंग (1700–1900°C) आणि सिंटरिंग सहाय्यक म्हणून Y₂O₃ यांच्या वापराद्वारे तयार केले जातात. त्यांचा वापर इलेक्ट्रॉनिक्स, सेमीकंडक्टर्स आणि एरोस्पेस क्षेत्रात त्यांच्या अतुलनीय उष्णता, विद्युत आणि यांत्रिक गुणधर्मांमुळे व्यापकपणे केला जातो.

अॅल्युमिनियम नायट्राइड सिरॅमिक हीटरमध्ये उच्च तापीय वाहकता, उत्कृष्ट उष्णता समानविभाजन आणि विद्युत निरोधकता या गुणधर्मांचा समावेश आहे. AlN सिरॅमिक हीटरचा वापर सेमिकंडक्टर निर्मिती साधनांसाठी व्यापकपणे केला जातो, आणि त्याचा वापर शून्यावरील वाष्पीभवन प्रणाली, स्पटरिंग मशीन्स आणि CVD उपकरणांसाठी करता येतो.

मुख्य गुणधर्म

• तापीय वाहकता: 170–230 W/(m·K), Al₂O₃ पेक्षा ~6–8× जास्त; काही ग्रेड्समध्ये 260 W/(m·K) पर्यंत पोहोचते.
• तापीय प्रसार: ~4.5×10⁻⁶/K, Si (3.5–4×10⁻⁶/K) शी जवळजवळ एकसारखा असल्यामुळे तापीय ताण कमी करतो.
• विद्युत निरोधकता: कोठार तापमानावर प्रतिरोधकता >10¹⁴ Ω·cm; उच्च तापमानांवरही स्थिर राहते.
• यांत्रिक गुणधर्म: विकर्स कठोरता ~1200 HV, वक्रता सामर्थ्य 300–400 MPa, चांगली तापीय धक्का प्रतिरोधकता.
• रासायनिक स्थिरता: वितळलेल्या Al/Cu, बहुतांश ऍसिड/बेस यांच्याप्रति प्रतिरोधक; ऑक्सिडायझिंग वातावरणात ~1400°C पर्यंत स्थिर.

मुख्य अनुप्रयोग

• इलेक्ट्रॉनिक पॅकेजिंग: उच्च-शक्ती अर्धवाहकांसाठी (IGBTs, LEDs, RF मॉड्यूल्स) सबस्ट्रेट्स, हीट सिंक्स आणि पॅकेजेस — सिलिकॉनसोबतच्या उष्णता निर्मिती आणि थर्मल मिसमॅचचे निराकरण करते.
• अर्धवाहक प्रक्रिया: एट्च/डिपॉझिशन साधनांसाठी प्लाझ्मा-प्रतिरोधक भाग (चक, इलेक्ट्रोस्टॅटिक क्लॅम्प, चॅम्बर लाइनर्स).
• विमाननिर्मिती आणि रक्षण: एव्हिओनिक्स आणि प्रोपल्शन प्रणालींमध्ये हलकी, उच्च-तापमानाची इन्सुलेशन आणि थर्मल मॅनेजमेंट.
• ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स: लेझर हीट स्प्रेडर्स आणि कमी प्रसारण आणि उच्च थर्मल संवहन क्षमता आवश्यक असलेले ऑप्टिकल घटक.

निर्मिती आणि वैयक्तिकरण

सामान्य प्रक्रिया: पावडर मिश्रण → आकार देणे (शुष्क प्रेसिंग, टेप कॅस्टिंग, इंजेक्शन मोल्डिंग) → सिंटरिंग (Y₂O₃ सह १७००–१९००°C) → परिशुद्ध मशीनिंग (ग्राइंडिंग, लॅपिंग, लेझर कटिंग). भागांचे आकार, जाडी, पृष्ठभागाचे स्वरूप आणि धातूकरण (उदा., डायरेक्ट कॉपर बॉंडिंग) यांचे वैयक्तिकरण करून विशिष्ट डिझाइन आवश्यकतांना पूर्ण केले जाऊ शकते.

पर्यायांच्या तुलनेत फायदे

• BeO पेक्षा सुरक्षित (नॉन-टॉक्सिक).
• SiC पेक्षा Si सोबतचा थर्मल मिसमॅच चांगला.
• Al₂O₃ पेक्षा जास्त उष्णता संचालन क्षमता, परंतु तुलनीय विद्युत निरोधन.

परिस्थिती

• Al पेक्षा जास्त किंमत. ₂ ओ ₃ ; उष्णता संचालनावर प्रभाव टाकणाऱ्या प्रक्रिया-संबंधित दोषांसाठी संवेदनशील.
• जलाभिसरण (हायड्रोलिसिस) टाळण्यासाठी प्रक्रियेदरम्यान कडक आर्द्रता नियंत्रण आवश्यक आहे.

AlN सिरॅमिक भाग हे पुढील पिढीच्या इलेक्ट्रॉनिक्स आणि उच्च-तंत्रज्ञान प्रणालींसाठी महत्त्वाचे आहेत, ज्यामुळे अत्यंत कठीण परिस्थितीत कार्यक्षम उष्णता व्यवस्थापन आणि विश्वसनीय कार्यक्षमता सुनिश्चित होते.

AlN सिरॅमिक उष्णता शंट हा उच्च-दर्जाचा उष्णता व्यवस्थापन घटक आहे

जो उच्च-कार्यक्षमता आणि उच्च-विश्वासार्हता असलेल्या इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वापरला जातो, जिथे उच्चतम उष्णता हस्तांतरण आणि विद्युत निरोधन या दोन्हींची एकाच वेळी गरज असते. हा घटक विद्युत निरोधक परंतु उष्णतेच्या दृष्टीने प्रतिरोधक अशा इंटरफेसच्या प्रसिद्ध समस्येचे निराकरण करतो, एक

मार्ग प्रदान करून जो उच्च-संचालक आणि निरोधक दोन्ही आहे.

साहित्य: अॅल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) हे एक उन्नत तांत्रिक सिरॅमिक आहे.

मुख्य गुणधर्म: हे एका

विद्युत पृथक् करणारा. उच्च शुद्धता असलेला एएलएन ही उष्णता वाहकत्व स्पर्धा करू शकतो

अॅल्युमिनियमसारख्या धातूंच्या ( ≈ १७०-२२० डब्ल्यू/एमके ).

इतर गुणधर्म: हे एक उत्कृष्ट विद्युत पृथक् आहे, त्याचे गुणांक

थर्मल विस्तार (सीटीई) जो सिलिकॉन आणि इतर

अर्धवाहक, आणि उच्च यांत्रिक शक्ती आणि रासायनिक स्थिरता आहे.

मुख्य अनुप्रयोग:

• पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स: आयजीबीटी, एमओएसएफईटी, पॉवर मॉड्यूल आणि एलईडी पॅकेजेससाठी इन्सुलेटिंग सब्सट्रेट. ते स्वतंत्र पृथक्करण पॅडची आवश्यकता न बाळगता अर्धचालक मरणापासून उष्णता धातूच्या बेसप्लेट किंवा हीटसिंककडे हलवते (ज्यामध्ये बर्याचदा कमी थर्मल चालकता असते).
• आरएफ/मायक्रोवेव्ह पॅकेजेसः एक विंडो फ्रेम किंवा ढीग म्हणून जे एक हर्मेटिक सील आणि अंतर्गत आरएफ मरणापासून उष्णता पळून जाण्यासाठी एक मार्ग प्रदान करते.
• लेसर डायोड वाहक: लेसर डायोड लावण्याकरिता, जेथे कार्यक्षम उष्णता काढणे कार्यप्रदर्शन आणि आयुष्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे, विद्युत पृथक्करण कायम ठेवताना.
• उच्च-व्होल्टेज, उच्च-आवृत्ती अर्ज: जिथे उत्कृष्ट थर्मल कार्यक्षमता आणि उच्च पारद्युत सामर्थ्य दोन्ही आवश्यक असतात.

 सामान्य डिझाइन आणि वापर:

एक AlN उष्णता शंट सामान्यतः एका अतिशय अचूकपणे मशिन केलेल्या प्लेट, स्पेसर किंवा

सबस्ट्रेट म्हणून येतो.

• इतर घटकांना ब्रेझिंग किंवा सोल्डरिंगसाठी एका किंवा दोन्ही बाजूंवर धातूकृत ट्रेस किंवा पॅड (Mo-Mn किंवा थिक-फिल्म तंत्रज्ञान वापरून) असू शकतात.
• विद्युत कनेक्शन्ससाठी थ्रू-होल्स किंवा वायास.
• ते सामान्यतः गरम घटक (उदा., एक सेमीकंडक्टर डाय) आणि शीतन उपाय (उदा., तांब्याचा हीट सिंक) यांच्यात सोल्डर किंवा ब्रेझ केले जाते.

तंत्रज्ञान प्रमाण