ניטריד האלומיניום מעביר חום כמו מתכת, אך עדיין חוסם את זרימת הזרם

יש סיבה לכך שאלומינה היא מצע הקרמיקה הנפוץ ביותר. היא זולה, חזקה וקלה לציפוי מתכת. עם זאת, היא מוליכת חום גרועה. לוח 96% Al₂O₃ מגיע לערך של 20–30 וואט/מ'·ק'. ניטריד אלומיניום, כאשר הוא מיוצר כהלכה, מגיע לטווח של 170–200 וואט/מטר·קלווין, ולעיתים מעט מעל 200. הערך התיאורטי עבור גביש יחיד מושלם הוא קרוב ל-320. אף אחד לא משווק מוצר כזה. מה שאנו משווקים הוא מבודד מותך המסוגל לנדף את חום השבב ממודול הספק מבלי להפוך למוליך.

השילוב הזה הוא המפתח. מתכות מוליכות חום וזרם. רוב החומרים הקרמיים חוסמים זרם ולוכדים חום. ניטריד אלומיניום משמש גם להולכת חום וגם לבידוד בו-זמנית, עם מקדם התפשטות תרמית (CTE) של כ-4.5 ppm/°C — קרוב לזה של סיליקון. אלומינה מתרחבת יותר, בסביבות 6.5–7.5. במכשיר IGBT או SiC בעל הספק גבוה, חוסר התאמה זה מתבטא בעייפות הלחמה ובהתקלפות יריעת הנחושת. BeO מוליך חשמל אפילו טוב יותר, ובכל זאת אנו נמנעים משימוש בו ככל האפשר. הרעילות אינה הערת שוליים בגיליון הנתונים.

חמצן הוא הזיהום שמקלקל את הסיפור של המוליכות. חמצן בסריג יוצר מקומות פנויים באלומיניום. פונונים מתפזרים. אבקה המכילה אחוזים בודדים של חמצן עוברת תהליך סינטור ליצירת חומר הדומה ל-AlN, ומדידת המוליכות שלו קרובה יותר ל-100 W/m·K. אבקה בעלת תכולת חמצן נמוכה, בשילוב עם חומר עזר לסינטור המושך את החמצן לשלב בגבולות הגרגרים — יטריה היא החומר הנפוץ לכך — היא הדרך להשיג את הדרגה של 170 ומעלה. הצפיפות חייבת להיות גבוהה. נקבוביות שיוריות מהוות אתר פיזור נוסף. לכן, “מצע AlN” על PO אינו מהווה דרגה. בקשו מידע על מוליכות תרמית, ולא רק על הרכב כימי.

הטיפול באבקה הוא המקום שבו המפעלים נתקלים בהפתעות. AlN דק עובר הידרוליזה. השאירו אותו באוויר לח, ותיווצר שכבת הידרוקסיד על פני השטח, מה שיגביר את ריכוז החמצן שרק זה עתה שילמתם כדי להסיר. אחסון יבש, זמן חשיפה קצר, ולפעמים טיפול פני השטח. זו אינה קפדנות יתר. כך נשמר ערך ה-k עד להגעה לתנור.

אנו משתמשים בניטריד אלומיניום במקומות שבהם מערך הקירור באמת זקוק לו: לוחות הספק מסוג DBC ו-DPC, מארזי RF, תשתית ללייזר ול-LED, וכמה רכיבים בתהליכי ייצור מוליכים למחצה. אם השבב צורך מספר וואט בודדים והגוף הקירור מהווה את צוואר הבקבוק, האלומינה עדיין מנצחת מבחינת המחיר. אם אתם מוליכים עשרות וואט דרך קרמיקה דקה אל נחושת, ירידת הטמפרטורה במצע על גבי אלומינה כבר אינה בחינם. הקרמיקה עולה יותר. התמורה היא מודול שאינו מאט את הביצועים ואינו מתקלף.

עיבוד שבבי ומטלליזציה דורשים אותה מידה של הקפדה. AlN אינו חומר פשוט כמו אלומינה מסוג 96%. הקצוות מתקלפים. ההדבקה של הנחושת חייבת להתאים להתפשטות התרמית. דיסק יפהפה בעל מקדם מוליכות תרמית של 180 וואט/מטר·קלווין עם ממשק גרוע הוא בסך הכל מבודד יקר. יש לציין יחד את k, העובי, המשטח ומערכת המתכת. ניטריד אלומיניום הוא נתיב חום שבמקרה הוא קרמיקה. התייחסו אליו כך, והוא יהיה שווה את המחיר הגבוה. התייחסו אליו כמו אלומינה לבנה עם עלון שיווקי משופר, והוא לא יהיה שווה את המחיר.