Чаму нітрыд-алюмініевыя пакаванні губляюць цепларассейвальныя ўласцівасці пасля ўздзеяння вільгаці
За дванаццаць гадоў працы са субстратамі з нітрыду алюмінію ў сілавых і радыёчастотных карпусах адна з пастаянных праблем — паступовы рост вымеранага цеплавога супраціву пасля захоўвання або эксплуатацыі прылад у вільготным асяроддзі. Гэты рост нельга растлумачыць толькі стомленасцю прыпою або кантактам з цепласцы. Алюмініевая нітрыда рэагуе з вільгаццю, і прадукты рэакцыі могуць павялічваць цеплавы бар'ерны супраціў на вольных паверхнях і на інтэрфейсах, нават калі аб'ёмная праводнасць керамікі застаецца высокай.
Шчыльны AlN з'яўляецца адносна стабільным, аднак рэшткавая адкрытая порыстасць або недастаткова сінтэраваныя межы зярністасці дазваляюць вадзяной пары дасягнуць рэактыўных паверхняў. У выніку рэакцыі ўтвараюцца гідраксіды алюмінію і амёнак; слой гідраксіду з'яўляецца дрэнным цеплаправоднай матэрыялам і таксама можа парушыць адгезію пры наступнай металізацыі. На парашку або матэрыяле нізкай шчыльнасці рэакцыя працякае хутка. На цалкам шчыльных субстратах эфект праяўляецца больш павольна і лакалізавана, але ўсё ж застаецца вымерным пасля некалькіх тыдняў уздзеяння пры адноснай вільготнасці вышэй за 60 %. Паколькі цеплавы супраціў корпуса з'яўляецца сумай аб'ёмнай праводнасці і супраціву на стыках, нават тонкі рэакцыйны слой таўшчынёй у некалькі мікраметраў можа павялічыць тэмпературу на некалькі дзясятых градуса за ват пры высокім цеплавым патоку.
У кантрольным выпрабаванні з кантраляваным уздзеяннем субстраты з AlN таўшчынёй 0,5 мм з вымеранай аб'ёмнай праводнасцю 185 Вт/м·К былі металізаваны і сабраны ў магутнасныя модулі. Палова модуляў захоўвалася 500 гадзін пры 85 °C і 85 % адноснай вільготнасці; іншая палова — пры той жа тэмпературы ў сухім азоце. Пасля ўздзеяння цеплавы супраціў кантакт-корпус пры нагрузцы 40 Вт павялічыўся на 0,18 °C/W у модулях, якія захоўваліся ў вільгаці, у той час як у модулях, якія захоўваліся ў сухіх умовах, ён не змяніўся. Уздоўжныя зрэзы паказалі перарывісты паверхневы слой таўшчынёй каля 2–4 мкм на ўзорах, якія захоўваліся ў вільгаці. Лазерна-імпульсныя вымярэнні на супутных незалачаных узорах пацвердзілі, што аб'ёмная праводнасць не змянілася, што дазваляе вылучыць дадатковы супраціў, выкліканы паверхневымі прадуктамі рэакцыі. Модулі, якія былі спечаны да большай шчыльнасці (адкрытая порыстасць ніжэй за 0,2 ТПЗ), прадэманстравалі прыкладна ўдвая меншае павелічэнне супраціву пры тым жа ўздзеянні вільгаці.
Такім чынам, практычнымі спосабамі кантролю з'яўляюцца шчыльнасць і паверхневая абарона. Рэштавасць павінна быць дастаткова нізкай, каб вільгаць не магла пранікнуць унутр зярнят; тонкае суцэльнае ахоўнае пакрыццё або металізацыя, якая цалкам пакрывае вольныя паверхні, дадаткова абмяжоўвае рэакцыю. Для адчувальнасці да вільгаці пры гідралізе нітрыду алюмінію адпаведнымі зменнымі працэсу з'яўляюцца шчыльнасць спекнення, рэштавасць адкрытай порыстасці і цэласнасць любога наступнага пакрыцця. Надзейнасць тэрмічнага цыклавання субстрата з AlN у вільготных умовах пацвярджаецца вымярэннем тэрмічнага супраціву ўпакоўкі да і пасля ўздзеяння ўсхваляванай вільгаці, а не толькі праводнасцю аб'ёму. Калі тэрмічны супраціў павялічваецца пасля захоўвання або ўздзеяння на адкрытым паветры ў вільготным паветры, вызначальнай прыкметай з'яўляецца павелічэнне інтэрфейснага супраціву без змены праводнасці аб'ёму. Дасягненне амаль поўнай шчыльнасці і абарона свабодных паверхняў, што пацвярджаецца меншым ростам супраціву на субстратах з большай шчыльнасцю ў выпрабаванні пры 85 °C / 85 % адноснай вільготнасці, абмяжоўваюць дэградацыю, выкліканую вільгаццю, і захоўваюць цепларассейвальныя характарыстыкі нітрыду алюмінію.