АлН субстрат се заиста истиче када је у питању управљање топлотом, са бројним топлотним проводницама око 170 до 200 Вт / мК. То је прилично импресивно у поређењу са другим материјалима као што је алуминијум оксид са само 20 до 30 Вт/мК или силицијум нитрид са 15 до 35 Вт/мК под сличним условима. Оно што чини АЛН тако добрим је његова јединствена кристална структура. Овај аранжман омогућава топлоту да се ефикасно креће кроз материјал без угрожавања електричних својстава, одржавајући јаку изолацију на око 14 кВ/мм. Модули за напој који користе АлН обично показују смањење топлотног отпора од 30 до 40% у односу на традиционалне оксидне супстрате. Мање топлоте значи да полупроводници трају дуже пре него што се покваре. За оне који раде на пројектима високе фреквенције, ова врста ефикасности заправо смањује потребу за додатним деловима за хлађење. Шта је било крајње? Системи који заузимају мање простора, тежи мање и спакују више енергије у мање пакети као што је било могуће раније.
АлН одржава импресивну топлотну проводност чак и када је веома танка, остајући изнад 90% онога што би била у грубом облику јер нема много интерференција од фононског расејања на интерфејсима. Ово га чини изузетним за апликације које укључују танке филмове или више слојева где је акумулација топлоте уобичајени проблем. Стопа топлотне експанзије материјала је око 4,5 ппм по Келвину, што се прилично добро уклапа са силицијумским и карбидом силицијума. То утакмица смањује топлотну отпорност између материјала за око 60% у поређењу са стварима као што је алуминоз који се не уклапају тако добро заједно. Удвојелите ово својство са добрим техникама метализације, посебно директно везаним баком (ДБЦ), и видимо да број интерфацеалне топлотне проводности прелази 3000 Вт по квадратном метри на Келвин. Ове карактеристике чине АлН погодним за тешке топлотне окружења, као што су системи за напајање авиона или моћне ласерске диоде које пролазе кроз екстремне промене температуре које прелазе 200 степени Целзијуса током нормалног рада.
Силицијум карбид (СиЦ) МОСФЕТ-ови заједно са Галлијум нитридом (ГАН) ХЕМТ-ови најбоље раде када њихова температура уједињења остаје у чврстим границама. Алуминијум нитрид (АЛН) се истиче зато што тако добро проводи топлоту да смањује те досадне вруће тачке унутар енергетских модула за око 20 до 30 степени Целзијуса. Ово чини велику разлику у спречавању проблема са топлотним пролазом у апликацијама високог напона изнад 1,2 кВ као што су индустријски мотори или серверски напајачи. Према ономе што знамо из студија поузданости сличних Арениусовом моделу, смањење ових температура заправо чини да уређаји трају много дуже. Узмите СиЦ МОСФЕТ-е у комбинацији са АлН-ом, на пример, они раде са око 98,5% ефикасности чак и када се прелази на фреквенције од 50 кГц без потребе за било каквим прилагођавањем перформанси. Још једна важна корист долази из тога како се АлН уклапа са полупроводничким материјалима у смислу стопа експанзије. Ова компатибилност спречава механички стрес узрокован променама температуре, што значи да се више не формирају микропукотине или да се спојили не издржују након свих тих циклуса загревања и хлађења.
Трпедно управљање инверторима за течење електричних возила мора бити довољно чврсто да се носи са вибрацијама, флуктуацијама температуре и интензивном топлотом коју генеришу ови компактни системи за напајање. Субстрати алуминијум нитрида (АН) чине хладнике око 30% мањим, а истовремено и управљају топлотним флуковима од 500 Вт по квадратном центиметру у тим 800-волтним батеријским конфигурацијама. Овај материјал смањује температуру за прелаз унутар тих хибридних модула IGBT/SiC за око 15 до 25 степени Целзијуса у поређењу са обичним керамичким материјалима. Истинска тестирање су показали неке импресивне резултате такође. Соларни микроинвертори постављени у пустињским локацијама видели су да се стопа неуспеха смањила за 40% након само пет година рада. Ветротурбине опремљене компонентама АлН одржавају бољи од 99% оперативног времена чак и када се баве тешким приобаљним условима, укључујући сољен ваздух, влагу и покретање на температурама ниским од минус 40 степени Целзијуса. Оно што је одлично од АЛН-а је његова способност да се супротставља електричним луковима у влажним или прљавим окружењима, због чега постаје толико важно за изградњу поуздане, издржљиве инфраструктуре у различитим апликацијама обновљиве енергије.
Свету енергетске електронике требају субстрати који се баве три велике ствари одједном: добро управљање топлотом, издржљивост у тешким условима и понуда флексибилних опција паковања. Алуминијум нитрид проверује све ове кутије. Његова топлотна проводност се креће између 170 и 200 Вт/мК, што значи да ефикасно одвлачи топлоту од тих густих енергетских компоненти као што су ИГБТ и тиристори. Плус, коефицијент топлотне експанзије око 4,5 ппм/К ради добро са силицијем и новијим полупроводницима са широким просеком, тако да је мање шансе да ће се делови искривити или да ће спојилица пропасти када температуре флуктуирају. Индустријски стандарди које је поставио АСМЕ показују да се механички напетост прилично повећава у слојеним паковањима - понекад преко 0,8% за сваку промену температуре од 100 степени. Али компатибилност АлН-а са различитим материјалима помаже да се тај ризик значајно смањи. Када је реч о снази, АлН издрже прилично оштре вибрације које се налазе у аутомобилима и авионима, преживљавајући снаге до 50 Г. И још један плус: АЛН омогућава изолационе слојеве танке само 0,3 мм, смањујући величине паковања за скоро половину без жртвовања електричних изолационих својстава. То га чини идеалним за смањење компоненти у погонским системима електричних возила и системима обновљиве енергије повезаним са мрежом.
EN
