Nitrid aluminija odvodi toplinu poput metala, a i dalje blokira struju.

Alumina je zadani keramički supstrat s razlogom. Jeftina je, čvrsta i laka za metalizaciju. Također je loša toplinska cijev. Al₂O₃ ploča 96% ima toplinsku provodnost od oko 20–30 W/m·K. Nitrid aluminija, ako je pravilno izrađen, dosegne raspon od 170–200 W/m·K, ponekad i malo iznad 200. Teoretski je vrijednost za savršeni jednokristal blizu 320. Nitko to ne isporučuje. Ono što mi isporučujemo je sinterirani izolator koji može odvesti toplinu iz čipa u napajnom modulu bez da postane provodnik.

Ta kombinacija je rješenje. Metali provode toplinu i struju. Većina keramika blokira struju i zadržava toplinu. Nitrid aluminija istovremeno provodi toplinu i izolira, s koeficijentom toplinskog širenja od oko 4,5 ppm/°C — blizu silicija. Aluminija se širi više, otprilike 6,5–7,5. Na visokosilničkom IGBT-u ili SiC uređaju ta nesklada se očituje kao zamor lemljenja i ljuštenje bakrenog lima. BeO provodi još bolje, a mi ga i dalje izbjegavamo kad god možemo. Toksičnost nije fusnota u tehničkim podacima.

Kisik je nečistoća koja kvari priču o provodnosti. Kisik u kristalnoj rešetki stvara prazna mjesta aluminija. Fononi se raspršuju. Prašak s nekoliko posto kisika sintera se u nešto što izgleda kao AlN i mjeri bliže 100 W/m·K. Prašak s niskim udjelom kisika i dodatak za sinteriranje koji vuče kisik u fazu na granici zrna — obično jetrija — to je način da se dobije razred veći od 170. Gustoća mora biti visoka. Preostala poroznost je još jedno mjesto raspršivanja. Dakle, “AlN podloga” na PO nije razred. Zatražite toplinsku provodnost, a ne samo kemijski sastav.

Rukovanje prahom je ono što radionice iznenađuje. Fini AlN se hidrolizira. Ostavite ga na vlažnom zraku i stvorit ćete na površini hidroksidni sloj te povećati udio kisika koji ste upravo platili da uklonite. Suho skladištenje, kratko vrijeme otvaranja, ponekad površinska obrada. To nije hirovitost. To je način na koji k-vrijednost preživi do peći.

Koristimo aluminijev nitrid tamo gdje ga termalni sloj zaista treba: na DBC i DPC tiskanim pločama za napajanje, RF paketima, podlogama za lasere i LED diode, nekim dijelovima poluvodičkih procesa. Ako je čip nekoliko vata i hladnjak je usko grlo, alumina i dalje pobjeđuje po cijeni. Ako kroz tanku keramiku u bakar provodite desetke vata, pad napona na alumini je više ne bude besplatan. Keramika je skuplja. Modul koji se ne guši niti se delaminira je povrat.

Obrada i metalizacija zahtijevaju istu iskrenost. AlN nije tako neformalan kao 96% alumina. Rubovi se čipiraju. Bakreno lemljenje mora odgovarati toplinskom širenju. Prekrasan disk od 180 W/m·K s lošim sučeljem samo je skup izolator. Odredite k, debljinu, površinu i metalni sustav zajedno. Nitrid aluminija je toplinski put koji je slučajno keramika. Tretirajte ga tako i zaslužit će premiju. Tretirajte ga kao bijelu aluminu s boljim katalogom i neće je zaslužiti.