Niyə alüminium nitrit paketləri rütubətə məruz qaldıqdan sonra istilik yayma qabiliyyətini itirir?
Alüminium nitrit substratlarla güc və RF paketlərində on iki il işlədikdən sonra, cihazlar nəmli mühitdə saxlanıldıqda və ya işlədildikdə ölçülən termal müqavimətin tədricən artması davamlı problem olaraq qalır. Bu artım yalnız lehim yorğunluğu və ya istilik yayacağı kontaktı ilə izah olunmur. Alüminium nitrit rütubətlə reaksiya verir və reaksiya məhsulları sərbəst səthlərdə və interfeyslərdə istilik sərhəd müqavimətini artıra bilər, hətta keramikanın kütləvi keçiriciliyi yüksək qalsa belə.
Yüksək sıxlıqlı AlN nisbətən stabildir, lakin qalıq açıq porozitet və ya tam sinterləşməmiş dənə sərhədləri su buxarının reaktiv səthlərə çatmasına imkan verir. Reaksiya alüminium hidroksidləri və ammonyak əmələ gətirir; hidroksid qatısı pis istilik keçiricidir və sonrakı metallizasiyanın yapışmasını poza bilər. Toz və ya aşağı sıxlıqlı materialda reaksiya sürətlidir. Tam sıx substratlarda bu təsir daha yavaş və lokalizasiyalı olur, lakin nisbi rütubət 60 %-dən yuxarı olduqda həftələrlə təsirə məruz qaldıqdan sonra da ölçülə bilər. Çünki paketin istilik müqaviməti kütləvi keçiricilik və interfeys müqavimətlərinin cəmindən ibarətdir, hətta bir neçə mikrometr qalınlığında nazik reaksiya qatının belə yüksək istilik axını altında hər vat üçün temperaturu bir neçə onluğa qədər artıra bilər.
Nəzarətli məruz qalma sınağında, kütləvi keçiricilik qabiliyyəti 185 W/m·K ölçülmüş 0,5 mm qalınlığında AlN substratlar metal örtüklə örtülərək güc modullara yığılmışdır. Modulların yarısı 85 °C temperaturda və 85 % nisbi rütubətdə 500 saat saxlanıldı; digər yarısı isə eyni temperaturda quru azot mühitində saxlanıldı. Məruzədan sonra 40 Vt yük altında birləşmə-korpus istilik müqaviməti rütubətli şəraitdə saxlanılan modullarda 0,18 °C/Vt artdı, quru şəraitdə saxlanılan modullarda isə dəyişməz qaldı. Kəsiklər rütubətli nümunələrdə təxminən 2–4 µm qalınlığında fasiləli səth qatını göstərdi. Eyni tipli metal örtüksüz nümunələr üzərində lazer-fləş ölçmələri göstərdi ki, kütləvi keçiricilik dəyişməz qaldı və əlavə olunan müqavimət səth reaksiya məhsulları ilə məhdudlaşır. Daha yüksək sıxlığa (0,2 %-dən aşağı açıq porozite) sinterlənmiş modullar eyni rütubətli şərtlərdə təxminən müqavimət artımının yarısını göstərdi.
Praktiki nəzarət üsulları sıxlaşdırma və səth mühafizəsidir. Qalıq porozluq o qədər aşağı olmalıdır ki, rütubət dənəclərin içərisinə çata bilməsin; azad səthləri tamamilə örtən nazik, fasiləsiz qoruyucu örtük və ya metallizasiya reaksiyanı daha da məhdudlaşdırır. Alüminium nitritinin hidroliz zamanı rütubətə həssaslığı üçün müvafiq proses dəyişənləri sinter sıxlığı, qalıq açıq porozluq və sonrakı örtüyün bütövlüyüdür. AlN substratının rütubətli şəraitdə termal sikllərə davamlılığı paketin termal müqavimətini sürətləndirilmiş rütubət təsirinə məruz qalmadan əvvəl və sonra ölçməklə, yalnız kütləvi keçiricilik əsasında yox, təsdiqlənir. Rütubətli havada saxlama və ya sahə şəraitində təsirə məruz qaldıqdan sonra termal müqavimət artdıqda, fərqləndirici dəlil kütləvi keçiricilik dəyişmədən interfeys müqavimətinin artmasıdır. Demək olar ki, tam sıxlığa çatmaq və sərbəst səthləri qorumaq, 85 °C / 85 % RH sınağında daha yüksək sıxlığa malik substratlarda müqavimətin daha az artması ilə nümayiş edildiyi kimi, rütubətdən yaranan deqradasiyanı məhdudlaşdırır və alüminium nitridinin istiliyi yayma performansını qoruyur.