（Wärmeleitfähigkeit verschiedener Keramik -Substratmaterialien））
Einzigartige Vorteile der Aluminiumnitrid -Keramik
Im Vergleich zu normalen Aluminiumoxid -Keramik (AL2O3) haben Aluminiumnitrid (ALN) -Keramik die folgenden einzigartigen Vorteile:
Der größte Vorteil von Aluminiumnitrid ist die extrem hohe thermische Leitfähigkeit.
Der theoretische Wert kann 320 W/(m · k) erreichen, was 5- bis 10 -mal so hoch ist wie Aluminiumoxid. Dies bedeutet, dass unter den gleichen Arbeitsbedingungen Aluminiumnitrid -Keramik einer größeren Wärmeflussdichte standhalten kann. Bei der Verwendung als Verpackungssubstrate oder-Gehäuse sind Aluminiumnitrid-Keramik besonders vorteilhaft für die Wärmeablassung von Hochleistungschips oder -Modulen. Bei Aluminium-Nitrid-Metall-Keramik-Heizelementen (Metallceramic-Heizung) können sie eine schnelle Erwärmung erzielen. Bei Aluminium-Nitrid-elektrostatischen Chicks (Electro-statisches Chuck) können sie die adsorbierten Wafer schnell vorheizen oder erwärmen.
Es hat einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten, nur 4,3 ppm/k, was in der Nähe der von Siliziumchips (3,5 - 4,0 ppm/k) liegt. Dies weist darauf hin, dass es eine natürliche Übereinstimmung mit hoher thermischer Expansion zwischen Siliziumchips und Aluminiumnitrid -Keramik gibt, die die Zuverlässigkeit der Verpackung unsichtbar verbessert.
Darüber hinaus sind die mechanischen Eigenschaften, die elektrischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumnitridkeramik mit denen der Aluminiumoxidkeramik vergleichbar.
Aluminium-Nitridkeramik kann eine hohe thermische Leitfähigkeit, einen niedrigen Expansionskoeffizienten, eine hohe Festigkeit und die chemische Korrosionsbeständigkeit kombinieren, wodurch sie zu einem idealen Wärmeableitungsmaterial sind, insbesondere für Anwendungen in großräumigen integrierten Schaltungen und elektronischen Geräten mit hoher Leistung.
Faktoren, die die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramik beeinflussen
Da Aluminiumnitridkeramik isolierende Feststoffe sind, ist der Einfluss der Elektronen- und Photonwärmeübertragung extrem gering. Der Hauptmechanismus für Wärmeleitungen ist der Wärmeübertragung von Phonon (Gittervibration). Die Al-N-Bindung in Aluminiumnitridkeramik hat relativ hohe Bindungsenergie und eine kurze Bindungslänge, so
Obwohl theoretisch die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitrid 320 W/(M · K) erreichen kann, können derzeit nur wenige Unternehmen die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramiken 230 w/(M · k) erreichen. Normalerweise beträgt die thermische Leitfähigkeit der tatsächlichen Produkte nur 150 - 180 w/(M · k). Die Faktoren, die die thermische Leitfähigkeit der Aluminiumnitridkeramik beeinflussen, sind wie folgt:
Aus der praktischen Erfahrung sind die Hauptfaktoren, die die thermische Leitfähigkeit der Aluminiumnitridkeramik beeinflussen, die Gitterdichte, den Sauerstoffgehalt, die Reinheit von Rohstoffpulver und die Mikrostruktur.
Dichte
Proben mit niedriger Dichte haben eine große Anzahl von Poren, die die Streuung von Phononen beeinflussen und ihren mittleren freien Weg verringern, wodurch die thermische Leitfähigkeit der Aluminiumnitridkeramik verringert wird. In der Zwischenzeit können die mechanischen Eigenschaften von Proben mit niedriger Dichte auch die Anforderungen relevanter Anwendungen nicht erfüllen.
Sauerstoffgehalt
Da Aluminiumnitrid eine starke Affinität zum Sauerstoff aufweist, ist seine Oberfläche leicht oxidiert und bildet einen Aluminiumoxidfilm, was zu Aluminiumlecken und Sauerstofffehlern führt. Aluminiumlebwere und Sauerstoffdefekte sind während des Sinterprozesses leicht in das Alngitter zu diversen. Nachdem sich Aluminium- und Sauerstoffdefekte im gesamten Aluminiumnitridkristallnetzwerk ausbreiten, wird der mittlere freie Weg der Phononen verringert, was zu einer Abnahme der thermischen Leitfähigkeit führt.
Gitterfehler
Untersuchungen haben ergeben, dass die Arten von Defekten im AIN -Gitter (Aluminiumnitrid -Keramik) mit der Konzentration von Sauerstoffatomen zusammenhängen. Wenn die Sauerstoffkonzentration niedriger als 0,75%ist, sind Sauerstoffatome im AIN -Gitter (Aluminiumnitrid) gleichmäßig verteilt, wodurch die Positionen von Stickstoffatomen in AIN ersetzt werden, und Aluminiumabstöcke begleiten sie. Wenn die Sauerstoffkonzentration nicht niedriger als 0,75%ist, ändern sich die Positionen von Aluminiumatomen im AIN -Gitter (Aluminium -Nitrid -Keramik), Aluminiumleerstellen verschwinden und oktaedrale Defekte werden erzeugt. Wenn die Sauerstoffatomkonzentration sogar noch höher ist, werden in seinem Gitter erweiterte Defekte wie Polytypen, Inversionsdomänen und Sauerstoff-haltige Stapelfehler erzeugt.
Maßnahmen zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit von Aluminiumnitrid -Keramik
Erstens erhöhen Sie die Dichte. Wählen Sie feinkörnige, hochwertige Aktivitätsmikro-Nano-Pulver, Dope mit Sinterhilfen und verwenden Sie mit hoher Energie-physikalisch unterstütztes Sintern und anderen Methoden zur Verbesserung der Sinterdichte der Keramik.
Zweitens reduzieren Sie den Sauerstoffgehalt und interne Defekte. Wählen Sie hohe Puritäts-Rohstoffpulver mit niedrigem Sauerstoff inhaltlich. Die Lagerung von Rohstoffpulvern und die Bildung von halbfertigen Produkten sollte den Einfluss von Wasserdampf vermeiden. Während des Sinterprozesses des Atmosphäre sollte der Sauerstoffgehalt streng kontrolliert werden.
