Nitrid aluminija odvodi toplinu poput metala, a i dalje blokira struju.

Alumina je zadani keramički supstrat s razlogom. Jeftina je, čvrsta i laka za metalizaciju. Također je loša toplinska cijev. Pločica 96% Al₂O₃ ima vrijednost otprilike 20–30 W/m·K. Nitrid aluminija, ako je pravilno izrađen, kreće se u rasponu od 170–200 W/m·K, ponekad i malo iznad 200. Teorija za savršeni jednokristal iznosi blizu 320. Nitko to ne isporučuje. Ono što mi isporučujemo je sinterirani izolator koji može odvesti toplinu iz čipa u snage modulu, a da pritom ne postane provodnik.

Ta kombinacija je rješenje. Metali provode toplinu i struju. Većina keramika blokira struju i zadržava toplinu. Nitrid aluminija istovremeno provodi toplinu i izoluje, sa koeficijentom toplinskog širenja od oko 4,5 ppm/°C — blizu silicija. Aluminija se širi više, oko 6,5–7,5. Na visokosilnom IGBT-u ili SiC uređaju ta neusklađenost se očituje kao zamor lemljenja i ljuštenje bakarne folije. BeO provodi još bolje i i dalje ga izbjegavamo kad god možemo. Toksičnost nije fusnota u tehničkim podacima.

Kisik je nečistoća koja kvari priču o provodnosti. Kisik u kristalnoj rešetki stvara prazna mjesta aluminija. Fononi se raspršuju. Prašak s nekoliko posto kisika sintera se u nešto što izgleda kao AlN i mjeri bliže 100 W/m·K. Prašak s niskim udjelom kisika i dodatak za sinteriranje koji vuče kisik u fazu na granici zrna — obično jtrija — to je način da se dobije klasa s više od 170. Gustoća mora biti visoka. Preostala pora je još jedno mjesto raspršivanja. Dakle, “AlN podloga” na PO nije klasa. Zatražite toplotnu provodnost, a ne samo hemiju.

Rukovanje prahom je ono što radionice iznenađuje. Sitni AlN se hidrolizira. Ostavite ga na vlažnom zraku i stvorit ćete hidroksidni sloj te povećati kisik koji ste upravo platili da uklonite. Suho skladištenje, kratko vrijeme otvaranja, ponekad površinski tretman. To nije hirovitost. To je način na koji k-vrijednost preživi do peći.

Koristimo aluminij-nitrid tamo gdje termalni sloj zaista treba: DBC i DPC napojne ploče, RF pakovanja, podloge za lasere i LED diode, neke dijelove poluprovodničkih procesa. Ako je čip nekoliko vata i hladnjak je usko grlo, alumina i dalje pobjeđuje po cijeni. Ako kroz tanku keramiku u bakar provodite desetine vata, pad napona na aluminiumu više nije besplatan. Keramika košta više. Modul koji se ne guši niti se delaminira je povrat.

Obrada i metalizacija zahtijevaju istu ozbiljnost. AlN nije tako neformalan kao 96% alumina. Rubovi se čipiraju. Bakreno lemljenje mora odgovarati koeficijentu širenja. Prelijepi disk od 180 W/m·K s lošim interfejsom je samo skup izolator. Navedite k, debljinu, površinu i metalni sistem zajedno. Nitrid aluminija je toplotni put koji je slučajno keramika. Tretirajte ga tako i zaslužit će premiju. Tretirajte ga kao bijelu aluminu s boljim katalogom i neće je zaslužiti.