Ինչու ալյումինի նիտրիդային փաթեթները խոնավ ազդեցությունից հետո կորցնում են ջերմության տարածման ունակությունը
Ալյումինի նիտրիդային ենթահիմքերի հետ տասներկու տարվա աշխատանքի ընթացքում հզորության և ռադիոհաճախական (RF) փաթեթներում մեկ շարունակական խնդիր է չափված ջերմային դիմադրության աստիճանական աճը սարքերի խոնավ միջավայրերում պահվելու կամ շահագործվելու արդյունքում։ Այս աճը չի բացատրվում միայն հալած մետաղի հոգնածությամբ կամ միայն ջերմափոխանցիչի (heat sink) կոնտակտի վատացմամբ։ Ալյումինի նիտրիդը ռեակցիա է տալիս խոնավության հետ, և ռեակցիայի արդյունքները կարող են բարձրացնել ջերմային սահմանային դիմադրությունը ազատ մակերեսներում և միջերեսներում, նույնիսկ երբ կերամիկայի զանգվածային հաղորդականությունը մնում է բարձր։.
Խիտ AlN-ը համեմատաբար կայուն է, սակայն մնացորդային բացօթյա ծակոտկենությունը կամ ոչ ամբողջությամբ սինթերացված հատիկային սահմանները թույլ են տալիս ջրային գոլորշուն հասնել ռեակտիվ մակերեսներին։ Ռեակցիան արտադրում է ալյումինի հիդրօքսիդներ և ամոնիակ; հիդրօքսիդային շերտը թույլ ջերմահաղորդիչ է և կարող է խախտել հետագա մետաղապատման կպչունությունը։ Փոշու կամ ցածր խտության նյութի վրա ռեակցիան արագ է։ Լրիվ խիտ ենթաշերտերի վրա ազդեցությունը դանդաղ և տեղայնացված է, սակայն դեռևս չափելի է շաբաթներ շարունակ 60 %-ից բարձր հարաբերական խոնավության պայմաններում ազդեցությունից հետո։ Քանի որ փաթեթի ջերմային դիմադրությունը կազմված է զանգվածային ջերմահաղորդման և միջերեսային դիմադրությունների գումարից, նույնիսկ մի քանի միկրոմետր հաստության բարակ ռեակցիայի շերտը բարձր ջերմային հոսքի պայմաններում կարող է մեկ վատտի համար ավելացնել մի քանի տասնորդ աստիճան։.
Կառավարվող ազդեցության փորձարկման ընթացքում 0.5 մմ հաստությամբ AlN ենթահիմքերը, որոնց զանգվածային ջերմահաղորդականությունը չափվել է 185 Վտ/մ·°C, մետաղապատվել են և հավաքվել են հզորության մոդուլների մեջ։ Մոդուլների կեսը պահվել է 500 ժամ 85 °C ջերմաստիճանում և 85 % հարաբերական խոնավության պայմաններում, իսկ մյուս կեսը՝ նույն ջերմաստիճանում չոր ազոտում։ Բացահայտումից հետո 40 Վտ բեռի տակ միացում-հավաքակազմ ջերմային դիմադրությունը բարձրացավ 0,18 °C/Վ խոնավ պահված մոդուլներում, մինչդեռ չոր պահված մոդուլներում մնաց անփոփոխ։ Խաչաձև հատվածները ցույց տվեցին խոնավ նմուշների վրա մոտ 2–4 մկմ հաստությամբ ընդհատվող մակերեսային շերտ։ Նույնանման ոչ մետաղապատ դատարկ նմուշների վրա կատարված լազեր-ֆլեշ չափումները հաստատեցին, որ զանգվածային հաղորդունակությունը չի փոխվել, ինչը ցույց է տալիս, որ ավելացած դիմադրությունը պայմանավորված է մակերեսային ռեակցիայի արտադրանքներով։ Բարձր խտությամբ (0.2 %-ից ցածր բաց խոռոչայնություն) սինթերված մոդուլները նույն խոնավային ազդեցության տակ ցույց տվեցին մոտավորապես կեսով պակաս դիմադրության աճ։.
Այդ պատճառով գործնական կառավարման միջոցներն են խտացման բարձրացումը և մակերեսի պաշտպանությունը։ Մնացորդային ծակոտկենությունը պետք է բավականաչափ ցածր լինի, որպեսզի խոնավությունը չկարողանա հասնել հատիկների ներսի հատվածներին։ Թեթև, անընդմեջ պաշտպանիչ ծածկույթը կամ մետաղապատումը, որը ամբողջությամբ ծածկում է ազատ մակերեսները, ևս սահմանափակում է ռեակցիան։ Ալյումինի նիտրիդի հիդրոլիզի խոնավության նկատմամբ զգայունության դեպքում համապատասխան պրոցեսային փոփոխականներն են սինթերման խտությունը, մնացորդային բաց ծակոտկենությունը և հետագա ծածկույթի ամբողջականությունը։ AlN ենթաշերտի ջերմային ցիկլերի հուսալիությունը խոնավ պայմաններում հաստատվում է փաթեթի ջերմային դիմադրությունը չափելով արագացված խոնավային ազդեցությունից առաջ և հետո, այլ ոչ միայն զանգվածային հաղորդունակությամբ։ Երբ ջերմային դիմադրությունը բարձրանում է պահեստավորումից կամ դաշտային ազդեցությունից հետո խոնավ օդում, առանձնահատկող ապացույցը միջերեսային դիմադրության աճն է՝ զանգվածային հաղորդունակության փոփոխություն չլինելու դեպքում։ Մոտավորապես լիակատար խտության հասնելը և ազատ մակերեսները պաշտպանելը, ինչը ցույց է տրվում 85 °C/85 °C խոնավության փորձարկման ժամանակ բարձր խտություն ունեցող ենթաշերտերում դիմադրության ավելի փոքր աճով, սահմանափակում է խոնավության ազդեցությամբ առաջացած քայքայումը և պահպանում ալյումինի նիտրիդի ջերմության տարածման կատարողականությունը։.