Pse paketat me nitrid alumini humbasin aftësinë e shpërndarjes së nxehtësisë pas ekspozimit ndaj lagështisë
Pas dymbëdhjetë vjetësh punë me substrate nitridi alumini në paketat e energjisë dhe RF, një problem i vazhdueshëm është rritja graduale e rezistencës termike të matur pasi pajisjet janë ruajtur ose operuar në mjedise të lagështa. Kjo rritje nuk shpjegohet vetëm nga lodhja e saldimit ose kontakti me ftohësin. Nitridi i aluminit reagon me lagështinë, dhe produktet e reaksionit mund të rrisin rezistencën termike kufitare në sipërfaqet e lira dhe në ndërfaqe, edhe kur përçueshmëria volumetrike e qeramikës mbetet e lartë.
AlN i dendur është relativisht i qëndrueshëm, megjithatë poroziteti i hapur i mbetur ose kufijtë e grimcave të sinteruara në mënyrë të paplotë lejojnë që avulli i ujit të arrijë në sipërfaqet reaktive. Reaksioni prodhon hidroksidet e aluminit dhe amoniakun; shtresa e hidroksidit është një përçues i dobët termik dhe gjithashtu mund të prishë aderimin e metalizimit të mëvonshëm. Në pluhur ose në material me dendësi të ulët reaksioni është i shpejtë. Në substratet plotësisht të dendura efekti është më i ngadaltë dhe i lokalizuar, por megjithatë i matshëm edhe pas javësh ekspozimi mbi 60% lagështirë relative. Duke qenë se rezistenca termike e paketës është shuma e rezistencave të konduktimit në masë dhe atyre ndërfaqësore, edhe një shtresë e hollë reaksioni prej disa mikrometra mund të shtojë disa të dhjetat e një gradë për vat nën fluks të lartë të nxehtësisë.
Në një provë ekspozimi të kontrolluar, substratet AlN 0.5 mm me një konduktivitet masiv të matur prej 185 W/m·K u metalizuan dhe u montuan në module energjie. Gjysma e moduleve u ruajt për 500 orë në 85 °C dhe 85 % lagështirë relative; gjysma tjetër u mbajt në të njëjtën temperaturë në azot të thatë. Pas ekspozimit, rezistenca termike nga lidhja në trup nën një ngarkesë prej 40 W u rrit me 0,18 °C/W në modulet e ruajtura në lagështi, ndërsa mbeti e pandryshuar në modulet e ruajtura në thatësirë. Seksionet transversale treguan një shtresë sipërfaqësore të ndërprerë, me trashësi rreth 2–4 µm, në mostrat e lagështa. Matjet me laser-flash në mostra shoqëruese pa metalizim konfirmuan se përçueshmëria volumetrike nuk u ndryshua, duke izoluar rezistencën e shtuar te produktet e reaksionit në sipërfaqe. Modulet që ishin sinteruar me dendësi më të lartë (porozitet i hapur nën 0.2 %) shfaqën rreth gjysmën e rritjes së rezistencës nën të njëjtën ekspozim të lagësht.
Kontrollet praktike janë për rrjedhojë dendësimi dhe mbrojtja e sipërfaqes. Porositetet e mbetura duhet të jenë aq të ulëta sa që lagështia të mos arrijë në brendësi të grimcave; një shtresë e hollë, e pandërprerë mbrojtëse ose metalizim që mbulon plotësisht sipërfaqet e lira kufizon më tej reagimin. Për ndjeshmërinë ndaj lagështisë në hidrolizën e nitridit të aluminit, variablat e rëndësishme të procesit janë dendësia e sinterimit, porositetet e hapura të mbetura dhe integriteti i çdo shtrese pasuese. Besueshmëria e ciklimit termik të substratit AlN në kushte të lagështa konfirmohet duke matur rezistencën termike të paketës para dhe pas ekspozimit të përshpejtuar ndaj lagështisë, në vend që të bazohet vetëm në konduktivitetin masiv. Kur rezistenca termike rritet pas magazinimit ose ekspozimit në terren në ajër të lagësht, dëshmi dalluese është një rritje e rezistencës në ndërfaqe pa ndryshim në konduktivitetin masiv. Arritja e një dendësie thuajse të plotë dhe mbrojtja e sipërfaqeve të lira, siç demonstrohet nga rritja më e vogël e rezistencës në substratet me dendësi më të lartë në provën 85 °C / 85 % RH, kufizon degradimin e shkaktuar nga lagështia dhe ruan performancën e shpërndarjes së nxehtësisë së nitridit të aluminit.