Aluminiumoxid ist nicht ohne Grund das Standard-Keramiksubstrat. Es ist kosteng\u00fcnstig, robust und l\u00e4sst sich leicht metallisieren. Allerdings eignet es sich schlecht als W\u00e4rmerohr. Eine 96%-Al\u2082O\u2083-Platte liegt bei etwa 20\u201330 W\/m\u00b7K. Aluminiumnitrid erreicht bei korrekter Herstellung Werte im Bereich von 170\u2013200 W\/m\u00b7K, manchmal auch etwas \u00fcber 200. Theoretisch liegt der Wert f\u00fcr einen perfekten Einkristall bei fast 320. Niemand liefert jedoch solche Produkte aus. Was wir liefern, ist ein gesinterter Isolator, der die W\u00e4rme des Chips aus einem Leistungsmodul ableiten kann, ohne selbst zum Leiter zu werden.<\/p>\n
Genau diese Kombination ist entscheidend. Metalle leiten W\u00e4rme und Strom. Die meisten Keramiken blockieren Strom und speichern W\u00e4rme. Aluminiumnitrid dient gleichzeitig der W\u00e4rmeableitung und der Isolierung, mit einem W\u00e4rmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von etwa 4,5 ppm\/\u00b0C \u2013 \u00e4hnlich wie bei Silizium. Aluminiumoxid dehnt sich eher um 6,5\u20137,5 aus. Bei einem Hochleistungs-IGBT oder einem SiC-Bauelement \u00e4u\u00dfert sich diese Diskrepanz in Form von L\u00f6tstellenerm\u00fcdung und abbl\u00e4tternder Kupferfolie. BeO leitet zwar noch besser, dennoch vermeiden wir es, wann immer es m\u00f6glich ist. Toxizit\u00e4t ist keine Fu\u00dfnote im Datenblatt.<\/p>\n
Sauerstoff ist die Verunreinigung, die die Leitf\u00e4higkeit zunichte macht. Gittersauerstoff erzeugt Aluminiumleerstellen. Phononen streuen. Pulver mit einem Sauerstoffgehalt von einigen Prozent sintert zu einem Material, das wie AlN aussieht und einen Wert von n\u00e4her an 100 W\/m\u00b7K aufweist. Mit sauerstoffarmem Pulver und einem Sinterhilfsmittel, das Sauerstoff in eine Korngrenzenphase zieht \u2013 \u00fcblicherweise Yttriumoxid \u2013, erreicht man die Klasse mit \u00fcber 170. Die Dichte muss hoch sein. Restporen sind weitere Streuungsstellen. Daher ist die Angabe \u201cAlN-Substrat\u201d auf einem Produktblatt keine Klassifizierung. Fragen Sie nach der W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, nicht nur nach der chemischen Zusammensetzung.<\/p>\n
Bei der Handhabung von Pulver erleben Werkst\u00e4tten oft \u00dcberraschungen. Feines AlN hydrolysiert. L\u00e4sst man es in feuchter Luft liegen, bildet sich eine Hydroxidschicht, und der Sauerstoffgehalt steigt \u2013 genau der Sauerstoff, dessen Entfernung gerade erst Geld gekostet hat. Trockene Lagerung, kurze Offenzeit, manchmal eine Oberfl\u00e4chenbehandlung. Das ist keine \u00dcbertreibung. Nur so bleibt der k-Wert bis zum Einbrand erhalten.<\/p>\n
Wir setzen Aluminiumnitrid dort ein, wo der W\u00e4rmeleitstapel es tats\u00e4chlich ben\u00f6tigt: bei DBC- und DPC-Leistungsplatinen, HF-Geh\u00e4usen, Laser- und LED-Submounts sowie bei einigen Bauteilen f\u00fcr Halbleiterprozesse. Wenn der Chip nur wenige Watt leistet und der K\u00fchlk\u00f6rper den Engpass darstellt, ist Aluminiumoxid preislich immer noch die bessere Wahl. Wenn man Dutzende von Watt \u00fcber eine d\u00fcnne Keramikschicht in Kupfer ableitet, ist der Temperaturabfall auf dem Aluminiumsubstrat nicht mehr kostenlos. Die Keramik kostet mehr. Der Gewinn liegt in dem Modul, das weder drosselt noch delaminiert.<\/p>\n
Die Bearbeitung und die Metallisierung erfordern die gleiche Sorgfalt. AlN ist nicht so unproblematisch wie 96%-Aluminiumoxid. An den Kanten kommt es zu Ausbr\u00fcchen. Die Kupferverbindung muss an die Ausdehnung angepasst sein. Eine sch\u00f6ne Scheibe mit 180 W\/m\u00b7K und einer schlechten Grenzfl\u00e4che ist lediglich ein teurer Isolator. Legen Sie k, Dicke, Oberfl\u00e4che und das Metallsystem gemeinsam fest. Aluminiumnitrid ist ein W\u00e4rmeleitweg, der zuf\u00e4llig aus Keramik besteht. Behandeln Sie es entsprechend, dann ist es seinen hohen Preis wert. Behandeln Sie es wie wei\u00dfes Aluminiumoxid mit einem sch\u00f6neren Prospekt, dann ist es das nicht.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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