（Farklı seramik substrat malzemelerinin termal iletkenliği）
Alüminyum nitrür seramiklerinin benzersiz avantajları
Sıradan alümina (AL2O3) seramikleri ile karşılaştırıldığında, alüminyum nitrür (ALN) seramikleri aşağıdaki benzersiz avantajlara sahiptir:
Alüminyum nitrürün en büyük avantajı son derece yüksek termal iletkenliğidir.
Teorik değeri, alüminanın 5 ila 10 katı olan 320 w/(m · k) 'a ulaşabilir. Bu, aynı çalışma koşulları altında, alüminyum nitrür seramiklerinin daha fazla ısı akısı yoğunluğuna dayanabileceği anlamına gelir. Ambalaj substratları veya kasalar olarak kullanıldığında, alüminyum nitrür seramikleri, yüksek güçlü cipslerin veya modüllerin ısı dağılması için özellikle faydalıdır. Alüminyum nitrür metal-seramik ısıtma elemanlarına (metal-seramik ısıtıcı) yapıldığında, hızlı ısıtma sağlayabilirler. Alüminyum nitrür elektrostatik mandrenlere (elektro-statik mandr) yapıldığında, adsorbe edilen gofretleri hızlı bir şekilde önceden ısıtabilir veya ısıtabilirler.
Düşük bir termal genleşme katsayısına sahiptir, sadece 4.3 ppm/k, silikon yongalarına (3.5 - 4.0 ppm/k) yakındır. Bu, silikon yongaları ve alüminyum nitrür seramikleri arasında doğal yüksek termal genleşme eşleşmesi olduğunu gösterir, bu da ambalajın güvenilirliğini görünmez bir şekilde artırır.
Ek olarak, alüminyum nitrür seramiklerinin mekanik özellikleri, elektriksel özellikleri ve korozyon direnci alümina seramikleri ile karşılaştırılabilir.
Alüminyum nitrür seramikleri, yüksek termal iletkenliği, düşük genişleme katsayısını, yüksek mukavemeti ve kimyasal korozyon direncini birleştirebilir, bu da onları özellikle büyük ölçekli entegre devreler ve yüksek performanslı elektronik cihazlardaki uygulamalar için ideal bir ısı yayma malzemesi haline getirebilir.
Alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini etkileyen faktörler
Alüminyum nitrür seramikleri katı maddeleri yalıtımlı olduğundan, elektron ve foton ısı transferinin etkisi son derece küçüktür. Ana ısı iletim mekanizması fonon (kafes titreşimi) ısı transferidir. Alüminyum nitrür seramiklerindeki AL-N bağı nispeten yüksek bağ enerjisine ve kısa bir bağ uzunluğuna sahiptir, bu nedenle fonon yayılma hızı hızlıdır, bu da yüksek termal iletkenliğinin nedenidir.
Teorik olarak alüminyum nitrürün termal iletkenliği 320 w/(m · k) 'a ulaşabilse de, şu anda sadece birkaç şirket alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini 230 w/(m · k)' ye ulaştırabilir. Genellikle, gerçek ürünlerin termal iletkenliği sadece 150 - 180 w/(m · k). Alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini etkileyen faktörler aşağıdaki gibidir:
Pratik deneyimlerden, alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini etkileyen ana faktörler arasında kafes yoğunluğu, oksijen içeriği, hammadde tozlarının saflığı ve mikroyapı bulunur.
Yoğunluk
Düşük yoğunluğa sahip numuneler, fononların saçılmasını etkileyecek ve ortalama serbest yollarını azaltacak, böylece alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini azaltacak çok sayıda gözeneke sahiptir. Bu arada, düşük yoğunluklu numunelerin mekanik özellikleri, ilgili uygulamaların gereksinimlerini de karşılayamayabilir.
Oksijen içeriği
Alüminyum nitrür oksijen için güçlü bir afiniteye sahip olduğundan, alüminyum nitrür hava veya su ile temas ettiğinde, yüzeyi kolayca oksitlenir ve alüminyum oksit filmi oluşturur, bu da alüminyum boşluklara ve oksijen kusurlarına neden olur. Alüminyum boş pozisyonlar ve oksijen kusurlarının sinterleme işlemi sırasında aln kafesine yayılması kolaydır. Alüminyum boş pozisyonlar ve oksijen kusurları alüminyum nitrür kristal ağı boyunca yayıldıktan sonra, fononların ortalama serbest yolu azalır, bu da termal iletkenlikte bir azalmaya yol açar.
Kafes kusurları
Araştırmalar, AIN (alüminyum nitrür seramik) kafesindeki kusur tiplerinin oksijen atomlarının konsantrasyonu ile ilişkili olduğunu bulmuştur. Oksijen konsantrasyonu%0.75'ten düşük olduğunda, oksijen atomları, AIN (alüminyum nitrür) kafesinde eşit olarak dağılır, AIN'deki azot atomlarının pozisyonlarının yerini alır ve alüminyum boşluklar eşlik eder. Oksijen konsantrasyonu%0.75'den düşük olmadığında, AIN (alüminyum nitrür seramik) kafesindeki alüminyum atomların pozisyonları değişir, alüminyum boşluklar kaybolur ve oktahedral kusurlar üretilir. Oksijen atom konsantrasyonu daha da yüksek olduğunda, kafesinde politipler, inversiyon alanları ve oksijen içeren istifleme hataları gibi genişletilmiş kusurlar üretilir.
Alüminyum nitrür seramiklerinin termal iletkenliğini artırmak için önlemler
İlk olarak, yoğunluğu artırın. İnce taneli, yüksek sesli-aktivite mikro-nano tozları seçin, sinterleme yardımcıları ile uyuşturucu seçin ve seramiklerin sinterleme yoğunluğunu iyileştirmek için yüksek enerjili fiziksel destekli sinterleme ve diğer yöntemler kullanın.
İkincisi, oksijen içeriğini ve iç kusurları azaltın. Yüksek saflıkta, düşük oksijen içeriği hammadde tozlarını seçin. Hammadde tozlarının depolanması ve yarı bitmiş ürünlerin oluşturulması, su buharının etkisinden kaçınmalıdır. Atmosfer sinterleme işlemi sırasında, oksijen içeriği kesinlikle kontrol edilmelidir.
