Aluminia nitrido kondukas varmon kiel metalo kaj tamen blokas kurenton.

Alumina estas la defaŭlta ceramika substrato pro kialo. Ĝi estas malmultekosta, forta kaj facile metaligebla. Ĝi ankaŭ estas malbona varmotubo. Al₂O₃-tabulo 96% havas varmokonduktivecon de ĉirkaŭ 20–30 W/m·K. Aluminia nitrido, se ĝuste farita, atingas 170–200 W/m·K, foje iomete super 200. La teorio por perfekta unukristalo estas proksimume 320. Neniu liveras tion. Kion ni liveras estas sinterita izolilo, kiu povas forporti la varmegon de la silicia blato en potenca modulo sen iĝi konduktoro.

Tiu kombino estas la solvo. Metaloj konduktas varmon kaj kurenton. Plej multaj ceramikaĵoj blokas kurenton kaj kaptas varmon. Aluminia nitrido konduktas varmon kaj izolas samtempe, kun termika ekspansia koeficiento (CTE) ĉirkaŭ 4,5 ppm/°C — proksima al tiu de silicio. Aluminia oksido ekspansias pli je ĉirkaŭ 6,5–7,5 ppm/°C. Ĉe alt-potenca IGBT aŭ SiC-aparato tiu malkongruo manifestiĝas kiel laciĝo de la lodo kaj forŝeliĝo de la kupra folio. BeO konduktas eĉ pli bone, kaj ni tamen evitas ĝin kiam eblas. Tokseco ne estas piednoto en la datumfolio.

Oksigeno estas la malpuraĵo, kiu ruinigas la konduktivecan teorion. Kristala oksigeno kreas aluminiajn vakancojn. Fononoj disiĝas. Pulvoro kun kelkaj procentoj da oksigeno sinterigas al io, kio aspektas kiel AlN kaj mezuras pli proksime al 100 W/m·K. Malalt-oksigena pulvoro plus sinteriga helpilo, kiu tiras oksigenon en grajnliman fazon — itrio estas la kutima — jen kiel oni atingas la gradon de pli ol 170. Denseco devas esti alta. Restanta poro estas alia disĵetiga loko. Do “AlN-substrato” sur PO ne estas grado. Petu termikan konduktivecon, ne nur kemion.

Prilaborado de pulvoro estas tio, kio surprizas laborejojn. Fajna AlN hidroliziĝas. Lasu ĝin en humida aero kaj ĝi kreskigas hidroksidan tavoleton kaj plialtigas la oksigenon, kiun vi ĵus pagis por forigi. Sekega stokado, mallonga malfermita tempo, foje surfaca traktado. Tio ne estas kaprico. Tio estas la maniero, kiel la k-valoro supervivas ĝis la forno.

Ni uzas aluminian nitridon tie, kie la termika stako efektive bezonas ĝin: DBC- kaj DPC-potencaj platoj, RF-pakaĵoj, subteniloj por laseroj kaj LED-oj, kelkaj partoj de semikondukta procezo. Se la ĵeto estas kelkaj vatoj kaj la varmodissipilo estas la kolbo, aluminio ankoraŭ venkas laŭ prezo. Se vi forĵetas dekojn da vatoj tra maldika ceramikaĵo al kupro, la substrata falo ĉe alumino ne plu estas senpaga. La ceramikaĵo kostas pli. La modulo, kiu ne limigas potencon nek delaminiĝas, estas la profito.

Maŝinprilaborado kaj metalizado postulas la saman honestecon. AlN ne estas tiel neformala kiel 96%-alumina. Randoj ĉipetiĝas. Kupra bonderado devas kongrui kun la termika ekspansio. Bela disko de 180 W/m·K kun malbona interfaco estas nur multekosta izolilo. Specifu k, dikecon, surfacon kaj la metalan sistemon kune. Aluminia nitrido estas varmovojo, kiu hazarde estas ceramikaĵo. Traktu ĝin tiel, kaj ĝi meritos la kroman pagon. Traktu ĝin kiel blankan alumino-oksidon kun pli bona broŝuro, kaj ĝi ne meritos ĝin.