（Теплопровідність різних керамічних матеріалів підкладки）
Унікальні переваги алюмінієвої нітридної кераміки
У порівнянні зі звичайною керамікою глиноземи (Al2O3) кераміка алюмінієвого нітриду (ALN) має такі унікальні переваги:
Найбільшою перевагою алюмінієвого нітриду є його надзвичайно висока теплопровідність.
Його теоретичне значення може досягти 320 Вт/(м · к), що в 5 - 10 разів перевищує глинозем. Це означає, що в тих же умовах праці, алюмінієва нітридна кераміка може витримувати більшу щільність теплового потоку. При використанні як упаковки підкладки або кожухів, кераміка нітриду алюмінію особливо корисна для розсіювання тепла потужних мікросхем або модулів. Коли виготовляються в алюмінієві метало-керамічні нагрівальні елементи (металевий керамічний нагрівач), вони можуть досягти швидкого нагрівання. Коли виготовляються в алюмінієві електростатичні кліки (електростатичний патрон), вони можуть швидко попередньо нагріти або нагрівати адсорбовані вафлі.
Він має низький коефіцієнт теплового розширення, лише 4,3 проміле/К, що близький до кремнієвих мікросхем (3,5 - 4,0 проміле/К). Це вказує на те, що між кремнієвою мікросхемами та керамікою нітриду є природна висока термічна розширення, що невидимо підвищує надійність упаковки.
Крім того, механічні властивості, електричні властивості та резистентність до корозійної кераміки нітриду алюмінію порівнянні з властивостями глиноземи.
Кераміка нітриду алюмінію може поєднувати високу теплопровідність, низький коефіцієнт розширення, високу міцність та хімічну резистентність до корозії, що робить їх ідеальним матеріалом для розсіювання тепла, особливо для застосувань у масштабних інтегрованих схемах та високопродуктивних електронних пристроях.
Фактори, що впливають на теплопровідність алюмінієвої нітридної кераміки
Оскільки кераміка нітриду алюмінію є ізоляційними твердими речовинами, вплив теплопередачі електронів та фотонів надзвичайно малий. Основним механізмом теплопровідності є фонон (гратчаста вібрація) передача тепла. Зв'язок Al-N в алюмінієвій нітридній кераміці має відносно високу енергію зв’язку та коротку довжину зв’язку, тому швидкість поширення фонона швидка, що є причиною його високої теплопровідності.
Хоча теоретично теплопровідність нітриду алюмінію може досягати 320 Вт/(м · к), в даний час лише кілька компаній можуть зробити теплопровідність кераміки нітриду алюмінію на 230 Вт/(м · к). Зазвичай теплопровідність фактичної продукції становить лише 150 - 180 Вт/(м · к). Фактори, що впливають на теплопровідність кераміки нітриду алюмінію, такі:
З практичного досвіду основні фактори, що впливають на теплопровідність алюмінієвої нітридної кераміки, включають щільність решітки, вміст кисню, чистоту порошків сировини та мікроструктуру.
Щільність
Зразки з низькою щільністю мають велику кількість пор, що вплине на розсіювання фононів і зменшить їх середній вільний шлях, тим самим зменшуючи теплопровідність кераміки нітриду алюмінію. Тим часом механічні властивості зразків низької щільності також можуть не відповідати вимогам відповідних додатків.
Вміст кисню
Оскільки нітрид алюмінію має сильну спорідненість до кисню, коли нітрид алюмінію контактує з повітрям або водою, його поверхня легко окислюється і утворює плівку оксиду алюмінію, що призводить до алюмінієвих вакансій та дефектів кисню. Алюмінієві вакансії та дефекти кисню легко дифундують на решітку ALN під час процесу спікання. Після того, як алюмінієві вакансії та дефекти кисню поширюються по всій кристалічній мережі нітриду алюмінію, середній вільний шлях фононів зменшується, що призводить до зниження теплопровідності.
Дефекти решітки
Дослідження виявили, що типи дефектів в ґратці AIN (алюмінієва нітридна кераміка) пов'язані з концентрацією атомів кисню. Коли концентрація кисню нижча за 0,75%, атоми кисню рівномірно розподіляються в ґратці AIN (алюмінієвий нітрид), замінюючи положення атомів азоту в AIN та супроводжують їх алюмінієві вакансії. Коли концентрація кисню не нижча за 0,75%, положення атомів алюмінію в ґратці AIN (алюмінієва нітридна кераміка) зміниться, вакансії алюмінію зникають, а октаедричні дефекти генеруються. Коли концентрація атома кисню ще більша, розширені дефекти, такі як політипи, інверсійні домени та кисневі розломи укладання, виробляються в його решітці.
Заходи щодо поліпшення теплопровідності алюмінієвої нітридної кераміки
По -перше, збільшити щільність. Виберіть дрібнозернисті, мікро-активність мікро-нано-порошки, допінг із спіканням СНІДу та використовуйте високоенергетичну фізичну допомогу та інші методи поліпшення щільності спікання кераміки.
По -друге, зменшити вміст кисню та внутрішні дефекти. Виберіть порошки сировини з низьким вмістом сировини з низьким вмістом кисню. Зберігання порошків сировини та утворення напівфабрикатних продуктів повинні уникати впливу водяної пари. Під час процесу спікання атмосфери вміст кисню слід суворо контролювати.
