Alumiiniumnitriid juhib soojust nagu metall, kuid takistab siiski voolu läbivoolu

Alumiiniumoksiid on põhjusega kõige levinum keraamiline alusmaterjal. See on odav, tugev ja lihtne metalliseerida. Samas on see halb soojusjuht. 96% Al₂O₃ plaadi soojusjuhtivus on umbes 20–30 W/m·K. Alumiiniumnitriid, kui see on õigesti valmistatud, jääb vahemikku 170–200 W/m·K, mõnikord veidi üle 200. Teoreetiline väärtus täiusliku monokristalli puhul on ligi 320. Sellist toodet keegi ei paku. Meie pakume paagutatud isolatsiooni, mis suudab juhtida kiibi soojuse võimsusmoodulist ära, ilma et muutuks juhtivaks.

Just see kombinatsioon ongi ülesanne. Metallid juhivad soojust ja voolu. Enamik keraamikat blokeerib voolu ja hoiab soojust kinni. Alumiiniumnitriid tagab soojuse juhtimise ja isolatsiooni üheaegselt, mille soojuspaisumistegur (CTE) on umbes 4,5 ppm/°C – sarnane räni omaga. Alumiiniumoksiid paisub pigem vahemikus 6,5–7,5. Suure võimsusega IGBT- või SiC-seadmes avaldub see sobimatus jooteväsimusena ja vasfooliumi lahtikoorumisena. BeO juhib soojust veelgi paremini, kuid me väldime seda siiski, kui võimalik. Mürgisus ei ole lihtsalt andmelehe joonealune märkus.

Hapnik on see lisand, mis rikub juhtivuse omadused. Võrehapnik tekitab alumiiniumivaegusi. Fononid hajuvad. Paar protsenti hapnikku sisaldav pulber paagutub materjaliks, mis näeb välja nagu AlN ja mille soojusjuhtivus on lähemal 100 W/m·K. Madala hapnikusisaldusega pulber koos paagutamisabiainega, mis tõmbab hapniku terade piiridesse – tavaliselt on selleks ütriumoksiid –, on viis, kuidas saavutada üle 170-klassi. Tihedus peab olema kõrge. Järelejäänud poorid on veel üks hajumiskoht. Seega ei ole PO-l märgitud “AlN-substraat” klass. Küsige soojusjuhtivust, mitte ainult keemilist koostist.

Just pulbri käitlemisel tabab töökodasid üllatus. Peen AlN hüdrolüüsub. Jäta see niiskesse õhku ja tekib hüdroksiidikile ning suureneb hapniku tase, mille eemaldamise eest sa just maksid. Kuiv ladustamine, lühike avatud oleku aeg, mõnikord pinnatöötlus. See pole liigne nõudlikkus. Just nii säilib k-väärtus kuni ahju jõudmiseni.

Me kasutame alumiiniumnitriidi just seal, kus soojusjuhtiv kihistik seda tegelikult vajab: DBC- ja DPC-võimsusplaatidel, RF-pakettidel, laserite ja LED-ide alusplaatidel ning mõnel pooljuhtide tootmisprotsessi osal. Kui kiip toodab vaid mõned vattid ja soojusvaheti on pudelikaelaks, on alumiiniumoksiid hinna poolest ikkagi parem valik. Kui juhite kümneid vatte õhukese keraamilise kihi kaudu vasesse, ei ole alumiiniumoksiidi alusmaterjali soojusjuhtivuse langus enam tasuta. Keraamika on kallim. Kasuks tuleb moodul, mis ei piira võimsust ega delamineeru.

Töötlemine ja metalliseerimine nõuavad sama ausust. AlN ei ole nii lihtne materjal kui 96%-alumiiniumoksiid. Servad murduvad. Vase liimimine peab arvestama materjali paisumist. Ilus 180 W/m·K kett, millel on halb liides, on lihtsalt kallis isolatsioonimaterjal. Määrake kindlaks k, paksus, pind ja metallisüsteem üheskoos. Alumiiniumnitriid on soojusjuht, mis juhtub olema keraamiline. Kohtlege seda sellisena ja see on oma hinna väärt. Kohtlege seda nagu valget alumiiniumoksiidi, millel on parem reklaamvoldik, ja see ei ole seda väärt.