Zergatik galtzen dituzten aluminio nitrurozko paketeek hezetasunari esposizioaren ondoren beroa zabaltzeko gaitasuna
Aluminio nitridozko substratuekin potentzia eta RF paketeetan hamabi urtez lanean aritu ondoren, arazo iraunkor bat da gailuak heze inguruneetan gorde edo erabili ondoren neurtutako erresistentzia termikoaren pixkanakako igoera. igoera hori ez da soldadura-nekeak edo bero-xurgagailuaren kontaktuak bakarrik azaltzen. Aluminio nitridoa hezetasunarekin erreakzionatzen du, eta erreakzio-produktuek muga-erresistentzia termikoa handitu dezakete gainazal libreetan eta interfazeetan, zeramikaren bolumen-konduktibitatea altua izaten jarraitzen duen arren.
Dentsitate handiko AlN nahiko egonkorra da, baina porositate irekiko hondarrak edo sinteratu gabeko ale-mugak ur-lurrunak erreaktibo gainazaletaraino iristea ahalbidetzen dute. Erreakzioak aluminio hidroxidoak eta amoniako ekoizten ditu; hidroxido-geruza termikoki txarra da eta ondorengo metalizazioaren itsasketa ere kaltetu dezake. Hautsean edo dentsitate txikiko materialetan erreakzioa azkarra da. Substratu oso dentsetan eragina motelagoa eta lokalizatua da, baina oraindik neurgarria da 60 %-ko hezetasun erlatiboaren gainetik aste batzuk igaro ondoren. Pakete termikoaren erresistentzia bolumen-kondukzioaren eta interfaze-erresistentzien batura denez, mikrometro gutxi batzuetako erreakzio-geruza mehe batek ere gradu hamarren batzuk gehitu ditzake watt bakoitzeko bero-fluxu handipean.
Kontrolatutako esposizio-proban, 0,5 mm-ko AlN substratuak, 185 W/m·K-ko bolumen-konduktibitate neurtua zutenak, metalizatu eta potentzia-moduluetan muntatu ziren. Moduluen erdia 500 orduz gorde zen 85 °C-tan eta eko hezetasun erlatiboan; beste erdia, berriz, tenperatura berean nitrogeno lehorrean mantendu zen. Erradiazioaren ondoren, 40 W-ko karga baten pean junturatik kaxara doan erresistentzia termikoa 0,18 °C/W igo zen hezetasunean gorde ziren moduluei dagokienean, eta aldatu gabe geratu zen lehorrean gorde zirenetan. X-sekzioek azaleko geruza eten bat erakutsi zuten, 2–4 µm inguruko lodierakoa, hezeetan gorde ziren laginetan. Metalezko estaldurarik gabeko laginketa-blanka bikoitzetan egindako laser-flash neurriek baieztatu zuten barne-eroankortasuna aldatu gabe geratu zela, erresistentzia gehigarria gainazaleko erreakzio-produktuei egozten zitzaiela. Dentsitate handiagora sinterizatutako moduluek (0,2 %-tik beherako porositate irekia) erresistentzia-igoera ia erdia erakutsi zuten hezetasun-esposizio berean.
Beraz, kontrol praktikoak dentsifikazioa eta gainazal-babesa dira. Gerizpeko porositatea nahikoa baxua izan behar da hezetasunak aleen barnealdera iristea eragotziko duena; gainazal libreak osorik estaltzen dituen estaldura babesle mehe eta etengabe batek edo metalizazio batek erreakzioa are gehiago mugatzen du. Aluminio nitridoaren hidrolisiaren hezetasun-sentsibilitateari dagokionez, prozesu aldagai garrantzitsuenak sinterizazio-dentsitatea, gerizpeko porositate irekia eta ondorengo estalduraren osotasuna dira. AlN substratuaren bero-zikloen fidagarritasuna hezetasun-baldintzetan egiaztatzen da pakete termikoaren erresistentzia neurtuz azeleratutako hezetasun-eraginaren aurretik eta ondoren, bolumen-konduktibitatearen arabera bakarrik ebaluatu beharrean. Bero-erresistentzia handitzen denean biltegiratze edo kanpoko heze-aireko esposizioaren ondoren, froga bereizgarria interfaze-erresistentziaren igoera da, bolumen-konduktibitatean aldaketarik gabe. Dentsitate ia-osoa lortzeak eta gainazal libreak babesteak, 85 °C/85 % hezetasuneko proban dentsitate handiagoko substratuetan erresistentzia-igoera txikiagoa dela erakusten duen bezala, hezetasunak eragindako degradazioa mugatzen du eta aluminio nitridoaren bero-hedapen errendimendua mantentzen du.