（Теплопроводность различных керамических материалов субстрата)
Уникальные преимущества алюминиевой нитридной керамики
По сравнению с обычной керамикой алюминия (AL2O3), керамика алюминия нитрида (ALN) имеет следующие уникальные преимущества:
Самым большим преимуществом нитрида алюминия является его чрезвычайно высокая теплопроводность.
Его теоретическое значение может достигать 320 Вт/(M · K), что в 5-10 раз больше, чем у глинозем. Это означает, что в тех же условиях труда керамика алюминия нитрида может противостоять большей плотности теплового потока. При использовании в качестве упаковочных субстратов или оболочек алюминиевая нитридная керамика особенно полезна для рассеивания тепла мощных чипов или модулей. При превращении в алюминиевые нитридные металлические элементы нагревания (металлический керамический нагреватель), они могут достичь быстрого нагрева. Когда они превращаются в электростатические патроны алюминия (электростатический патрон), они могут быстро разогреть или нагреть адсорбированные пластины.
Он имеет низкий коэффициент термического расширения, всего 4,3 ч/млн, что близко к кремниевым чипам (3,5 - 4,0 ч/млн). Это указывает на то, что существует естественное высокое тепловое расширение совпадения между кремниевыми чипами и алюминиевой нитридной керамикой, которая невидимо повышает надежность упаковки.
Кроме того, механические свойства, электрические свойства и коррозионная стойкость алюминиевой нитридной керамики сопоставимы с свойствами керамики глинозема.
Керамика нитрида алюминия может сочетать высокую теплопроводность, низкий коэффициент расширения, высокую прочность и химическую коррозионную стойкость, что делает их идеальным материалом для рассеивания тепла, особенно для применений в крупномасштабных интегрированных цепях и высокоэффективных электронных устройств.
Факторы, влияющие на теплопроводность алюминиевой нитридной керамики
Поскольку алюминиевая нитридная керамика - это изоляция твердых веществ, влияние электронов и фотонного теплопередачи чрезвычайно мало. Основным механизмом теплопроводности является фонон (решетчатая вибрация) теплопередача. Связь Al-N в нитриде алюминия имеет относительно высокую энергию связи и короткую длину связи, поэтому скорость распространения фонона является быстрой, что является причиной его высокой теплопроводности.
Хотя теоретически теплопроводность нитрида алюминия может достигать 320 Вт/(M · K), в настоящее время только несколько компаний могут сделать теплопроводность керамики нитрида алюминия достигать 230 Вт/(M · K). Обычно теплопроводность фактических продуктов составляет всего 150 - 180 Вт/(м · К). Факторы, влияющие на теплопроводность алюминиевой нитридной керамики, заключаются в следующем:
Исходя из практического опыта, основные факторы, влияющие на теплопроводность керамики нитрида алюминия, включают плотность решетки, содержание кислорода, чистоту порошков сырья и микроструктуру.
Плотность
Образцы с низкой плотностью имеют большое количество пор, что повлияет на рассеяние фононов и уменьшает их средний свободный путь, тем самым снижая теплопроводность алюминиевой нитридной керамики. Между тем, механические свойства образцов низкой плотности также могут не соответствовать требованиям соответствующих применений.
Содержание кислорода
Поскольку нитрид алюминия имеет сильное сродство к кислороду, когда нитрид алюминия вступает в контакт с воздухом или водой, его поверхность легко окисляется и образует оксидную пленку алюминия, что приводит к алюминиевым вакансиям и дефектам кислорода. Алюминиевые вакансии и дефекты кислорода легко диффундировать в решетку ALN во время процесса спекания. После алюминиевых вакансий и дефектов кислорода распространяются по всей сети кристаллов алюминия, средний свободный путь фононов снижается, что приводит к снижению теплопроводности.
Дефекты решетки
Исследования показали, что типы дефектов в решетке AIN (алюминиевая нитридная керамика) связаны с концентрацией атомов кислорода. Когда концентрация кислорода ниже 0,75%, атомы кислорода равномерно распределены в решетке AIN (алюминиевый нитрид), заменяя положения атомов азота в AIN, и сопровождают их алюминиевые вакансии. Когда концентрация кислорода не ниже 0,75%, положения атомов алюминия в решетке AIN (алюминиевый нитрид керамика) изменятся, алюминиевые вакансии исчезают, и возникают октаэдрические дефекты. Когда концентрация атома кислорода еще выше, расширенные дефекты, такие как политипы, инверсионные домены и кислородсодержащие разломы укладки, вырабатываются в ее решетке.
Меры по улучшению теплопроводности алюминиевой нитридной керамики
Во -первых, увеличить плотность. Выберите мелкозернистые, микронановые порошки с высокой связью, допинг спекания и используйте высокоэнергетическую физическую спекание и другие методы для улучшения плотности спекания керамики.
Во -вторых, уменьшить содержание кислорода и внутренние дефекты. Выберите высокие чистоты, низкоогазолизированные порошки сырья. Хранение порошков сырья и формирование полуфабрикатов должно избежать влияния водяного пара. Во время атмосферного процесса спекания содержание кислорода следует строго контролировать.
