（Condutividade térmica de diferentes materiais de substrato de cerâmica)
Vantagens únicas da cerâmica de nitreto de alumínio
Comparado com a cerâmica de alumina comum (AL2O3), a cerâmica de nitreto de alumínio (ALN) tem as seguintes vantagens únicas:
A maior vantagem do nitreto de alumínio é sua condutividade térmica extremamente alta.
Seu valor teórico pode atingir 320 w/(m · k), que é de 5 a 10 vezes o de alumina. Isso significa que, nas mesmas condições de trabalho, a cerâmica de nitreto de alumínio pode suportar uma maior densidade de fluxo de calor. Quando usados como substratos ou carruagens de embalagem, a cerâmica de nitreto de alumínio é especialmente benéfica para a dissipação de calor de lascas ou módulos de alta potência. Quando transformados em elementos de aquecimento de nitreto de nitreto de alumínio (aquecedor de metal-cerâmica), eles podem obter um aquecimento rápido. Quando transformados em chucks eletrostáticos de nitreto de alumínio (Chuck Electrotatic), eles podem pré-aquecer rapidamente ou aquecer as bolachas adsorvidas.
Possui um baixo coeficiente de expansão térmica, apenas 4,3 ppm/k, que é próxima à dos chips de silício (3,5 - 4,0 ppm/k). Isso indica que existe uma correspondência natural de alta expansão térmica entre os chips de silício e a cerâmica de nitreto de alumínio, o que melhora invisivelmente a confiabilidade da embalagem.
Além disso, as propriedades mecânicas, as propriedades elétricas e a resistência à corrosão da cerâmica de nitreto de alumínio são comparáveis às da cerâmica de alumina.
A cerâmica de nitreto de alumínio pode combinar alta condutividade térmica, baixo coeficiente de expansão, alta resistência e resistência a corrosão química, tornando-os um material ideal de dissipação de calor, especialmente para aplicações em circuitos integrados em larga escala e dispositivos eletrônicos de alta desempenho.
Fatores que afetam a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio
Como a cerâmica de nitreto de alumínio está isolante de sólidos, a influência da transferência de calor de elétrons e fótons é extremamente pequena. O principal mecanismo de condução de calor é a transferência de calor fonon (vibração da rede). A ligação Al-N na cerâmica de nitreto de alumínio possui energia de ligação relativamente alta e um comprimento de ligação curta, portanto a velocidade de propagação do fônon é rápida, que é a razão de sua alta condutividade térmica.
Embora teoricamente a condutividade térmica do nitreto de alumínio possa atingir 320 W/(M · k), atualmente apenas algumas empresas podem fazer com que a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio atinja 230 com (M · K). Geralmente, a condutividade térmica dos produtos reais é de apenas 150 - 180 W/(M · K). Os fatores que afetam a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio são os seguintes:
Da experiência prática, os principais fatores que afetam a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio incluem densidade de treliça, teor de oxigênio, pureza de pós de matéria -prima e microestrutura.
Densidade
Amostras com baixa densidade têm um grande número de poros, que afetarão a dispersão dos fônons e reduzirão seu caminho livre médio, reduzindo assim a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio. Enquanto isso, as propriedades mecânicas das amostras de baixa densidade também podem não atender aos requisitos de aplicações relevantes.
Teor de oxigênio
Como o nitreto de alumínio tem uma forte afinidade pelo oxigênio, quando o nitreto de alumínio entra em contato com o ar ou a água, sua superfície é facilmente oxidada e forma um filme de óxido de alumínio, resultando em vagas de alumínio e defeitos de oxigênio. As vagas de alumínio e defeitos de oxigênio são fáceis de difundir na treliça ALN durante o processo de sinterização. Após as vagas de alumínio e defeitos de oxigênio se espalharam por toda a rede de cristal de nitreto de alumínio, o caminho livre médio dos fônons é reduzido, levando a uma diminuição na condutividade térmica.
Defeitos de treliça
A pesquisa descobriu que os tipos de defeitos na rede AIN (nitreto de nitreto de alumínio) estão relacionados à concentração de átomos de oxigênio. Quando a concentração de oxigênio é inferior a 0,75%, os átomos de oxigênio são distribuídos uniformemente na rede AIN (nitreto de alumínio), substituindo as posições dos átomos de nitrogênio na AIN e as vagas de alumínio os acompanham. Quando a concentração de oxigênio não é inferior a 0,75%, as posições de átomos de alumínio na rede AIN (cerâmica de nitreto de alumínio) mudarão, as vagas de alumínio desaparecem e os defeitos octaédricos são gerados. Quando a concentração de átomos de oxigênio é ainda maior, defeitos estendidos, como poliaticos, domínios de inversão e falhas de empilhamento contendo oxigênio, são produzidos em sua treliça.
Medidas para melhorar a condutividade térmica da cerâmica de nitreto de alumínio
Em primeiro lugar, aumente a densidade. Escolha micro-nano-nano-nano de grão fino e de alta atividade, droga com AIDS de sinterização e use sinterização física de alta energia e outros métodos para melhorar a densidade de sinterização da cerâmica.
Em segundo lugar, reduza o teor de oxigênio e os defeitos internos. Selecione os pós de matéria-prima de alta pureza e baixo oxigênio. O armazenamento de pós de matéria-prima e a formação de produtos semi-acabados devem evitar a influência do vapor de água. Durante o processo de sinterização da atmosfera, o teor de oxigênio deve ser estritamente controlado.
