ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स: सुपीरियर थर्मल मॅनेजमेंट ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिकद्वारे हाय-पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स सक्षम करणे

1. उत्पादन विज्ञान आणि संरचनात्मक गुणधर्म

1.1 क्रिस्टल फ्रेमवर्क आणि रासायनिक स्थिरता

(ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स)

ॲल्युमिनियम नायट्राइड (AlN) हेक्सागोनल व्हर्टझाइट क्रिस्टल स्ट्रक्चरसह ब्रॉड बँडगॅप सेमीकंडक्टर सिरेमिक आहे, हलक्या वजनाच्या ॲल्युमिनियम आणि नायट्रोजन अणूंच्या फिरत्या थरांनी बनलेले घन सहसंयोजक परस्परसंवादाद्वारे बंधलेले.

हे टिकाऊ अणू सेटअप अभूतपूर्व थर्मल सुरक्षेसह AlN वाढवते, पर्यंत आर्किटेक्चरल अखंडता राखणे 2200 अक्रिय वातावरणात °C आणि गंभीर थर्मल बाइकिंग अंतर्गत विघटन प्रतिरोधक.

अल्युमिना विपरीत (अल दोन किंवा तीन), AlN स्टील्स आणि अनेक प्रतिक्रियाशील वायू वितळण्यासाठी रासायनिकदृष्ट्या निष्क्रिय आहे, सेमीकंडक्टर प्रोसेसिंग चेंबर्स आणि उच्च-तापमान हीटर्स सारख्या गंभीर वातावरणासाठी ते आदर्श बनवते.

ऑक्सिडेशनसाठी त्याची उच्च प्रतिकार– हवेच्या थेट संपर्कात आल्यावर पृष्ठभागावर फक्त एक बारीक सुरक्षा Al ₂ O चार स्तर विकसित करणे– मोठ्या प्रमाणात घरांचे लक्षणीय ऱ्हास न करता चिरस्थायी विश्वासार्हतेची हमी देते.

शिवाय, AlN रेझिस्टिव्हिटी ओलांडून उत्कृष्ट इलेक्ट्रिक इन्सुलेशन दाखवते 10 ¹⁴ Ω · सेमी आणि वर एक डायलेक्ट्रिक कडकपणा 30 kV/mm, उच्च-व्होल्टेज अनुप्रयोगांसाठी आवश्यक.

1.2 थर्मल चालकता आणि इलेक्ट्रॉनिक वैशिष्ट्ये

ॲल्युमिनियम नायट्राइडचे सर्वात स्पष्ट वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची उत्कृष्ट थर्मल चालकता, पासून सामान्यत: भिन्न 140 करण्यासाठी 180 प/(मी · के )व्यावसायिक दर्जाच्या सबस्ट्रॅटमसाठी– प्रती 5 एल्युमिना पेक्षा पटीने जास्त (≈ 30 प/(मी · के)).

ही कार्यक्षमता नायट्रोजन आणि ॲल्युमिनियमच्या कमी अणू वस्तुमानामुळे उद्भवते, मजबूत बाँडिंग आणि सीमांत घटक समस्यांसह एकत्रित, जे जाळीद्वारे कार्यक्षम फोनॉन वाहतुकीस परवानगी देतात.

तरीही, ऑक्सिजन अशुद्धता विशेषतः हानीकारक आहेत; प्रमाण देखील ट्रेस करा (वर 100 पीपीएम) नायट्रोजन साइट्सची बदली, हलक्या वजनाच्या ॲल्युमिनियम ओपनिंगचे उत्पादन आणि फोनॉन्स पसरवणे, त्यामुळे थर्मल चालकता नाटकीयरित्या कमी होते.

कार्बोथर्मल घट किंवा थेट नायट्रिडेशनद्वारे संश्लेषित उच्च-शुद्धता AlN पावडर आदर्श उष्णतेचा अपव्यय प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक आहेत.

इलेक्ट्रिकल इन्सुलेटर असण्याची पर्वा न करता, AlN चे पायझोइलेक्ट्रिक आणि पायरोइलेक्ट्रिक गुणधर्म हे सेन्सिंग युनिट्स आणि ध्वनिक लहरी साधनांमध्ये फायदेशीर ठरतात, त्याच्या विस्तृत bandgap असताना (~ 6.2 eV) उच्च-शक्ती आणि उच्च-फ्रिक्वेंसी इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींमध्ये प्रक्रिया टिकवून ठेवते.

2. बांधकाम प्रक्रिया आणि उत्पादन अडचणी

( ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स)

2.1 पावडर संश्लेषण आणि सिंटरिंग तंत्र

उच्च-कार्यक्षमता AlN सबस्ट्रॅटम्सचे उत्पादन अल्ट्रा-फाईनच्या संश्लेषणाने सुरू होते, उच्च-शुद्धता पावडर, सामान्यतः Al ₂ O SIX सारख्या प्रतिक्रियांद्वारे पूर्ण केले जाते + 3सी + N TWO → 2AlN + 3CO (कार्बोथर्मल घट) किंवा हलक्या वजनाच्या ॲल्युमिनियम स्टीलचे सरळ नायट्रिडेशन: 2अल + N TWO → 2AlN.

परिणामी पावडर अत्यंत काळजीपूर्वक किसून घ्यावी लागते आणि Y 2 O FIVE प्रमाणे सिंटरिंगच्या मदतीने डोप करावी लागते., CaO, किंवा दरम्यानच्या तापमानात घनता वाढवण्यासाठी दुर्मिळ ग्रह ऑक्साइड 1700 ° से आणि 1900 नायट्रोजन वातावरणात ° से.

हे घटक अल्प-मुदतीचे द्रव टप्पे तयार करतात जे धान्य सीमा प्रसार वाढवतात, पूर्ण घनता सक्षम करणे (> 99% सैद्धांतिक जाडी) ऑक्सिजन प्रदूषण कमी करताना.

कार्बन-समृद्ध वातावरणात पोस्ट-सिंटरिंग ॲनिलिंग इंटरग्रॅन्युलर ऑक्साईड्सपासून मुक्त होऊन ऑक्सिजन वेब सामग्री अधिक चांगल्या प्रकारे कमी करू शकते., परिणामी शिखर थर्मल चालकता पुनर्प्राप्त करणे.

यांत्रिक कणखरतेचा समतोल राखण्यासाठी नियंत्रित धान्य आकारमानासह सुसंगत मायक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त करणे महत्वाचे आहे, थर्मल कार्यक्षमता, आणि उत्पादनक्षमता.

2.2 सबस्ट्रॅटम फॉर्मिंग आणि मेटलायझेशन

sintered तेव्हा, AlN सिरेमिक्स अचूक-ग्राउंड आहेत आणि इलेक्ट्रॉनिक उत्पादन पॅकेजिंगसाठी आवश्यक मर्यादित आयामी सहनशीलता पूर्ण करण्यासाठी स्प्लॅश केलेले आहेत, वारंवार मायक्रोमीटर-स्तरीय एकसंधता.

थ्रू-होल कंटाळवाणे, लेझर कटिंग, आणि पृष्ठभागाचा नमुना बहुस्तरीय योजना आणि क्रॉसब्रीड सर्किट्समध्ये आत्मसात करणे शक्य करते.

सब्सट्रेट उत्पादनातील एक महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे मेटालायझेशन– प्रवाहकीय स्तरांचा वापर (सामान्यतः टंगस्टन, मॉलिब्डेनम, किंवा तांबे) जाड-फिल्म प्रिंटिंगसारख्या प्रक्रियांद्वारे, पातळ-चित्रपट थुंकणे, किंवा तांब्याचे थेट बंधन (DBC).

DBC साठी, तांबे ॲल्युमिनियम फॉइल हे नियंत्रित वातावरणात वाढलेल्या तापमान पातळीवर AlN पृष्ठभागांना बांधलेले असतात, उच्च-वर्तमान अनुप्रयोगांसाठी एक मजबूत वापरकर्ता इंटरफेस आदर्श तयार करणे.

सक्रिय स्टील ब्रेझिंग सारख्या विविध तंत्रे (सह) आसंजन आणि थर्मल थकवा प्रतिरोध वाढवण्यासाठी टायटॅनियमयुक्त सोल्डरचा वापर करा, विशेषतः वारंवार पॉवर सायकलिंग अंतर्गत.

योग्य इंटरफेसियल डिझाइनमुळे ऑपरेटिंग उपकरणांमध्ये विशिष्ट थर्मल प्रतिरोधकता आणि उच्च यांत्रिक अवलंबित्व कमी होते.

3. इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये कामगिरीचे फायदे

3.1 पॉवर इलेक्ट्रॉनिक्स मध्ये थर्मल प्रशासन

IGBT सारख्या उच्च-शक्ती सेमीकंडक्टर साधनांद्वारे तयार केलेले AlN सबस्ट्रॅटम्स मास्टर हाताळणी उष्णता, MOSFETs, आणि इलेक्ट्रिकल ऑटोमोबाईलमध्ये वापरले जाणारे RF ॲम्प्लिफायर, नूतनीकरणयोग्य संसाधन इन्व्हर्टर, आणि टेलिकॉम फ्रेमवर्क.

विश्वसनीय उष्णता काढणे स्थानिक हॉटस्पॉट टाळते, थर्मल चिंता कमी करते, आणि इलेक्ट्रोमाइग्रेशन आणि डेलेमिनेशन धोके कमी करून टूलचे आजीवन वाढवते.

पारंपारिक Al ₂ O ₃ सबस्ट्रेट्सच्या तुलनेत, AlN हे त्याच्या प्रीमियम थर्मल चालकतेमुळे लहान बंडल आकार आणि उच्च पॉवर जाडी शक्य करते, विकासकांना अखंडतेशी तडजोड न करता कार्यप्रदर्शन सीमा दाबण्याची परवानगी देणे.

एलईडी लाइटिंग आणि लेसर डायोडमध्ये, जेथे जंक्शन तापमान परिणामकारकता आणि सावलीच्या स्थिरतेवर थेट परिणाम करते, AlN सबस्ट्रॅटम्स ल्युमिनेसेंट परिणाम आणि कार्यात्मक आयुर्मानात लक्षणीय सुधारणा करतात.

त्याचे थर्मल वाढीचे गुणांक (CTE ≈ 4.5 ppm/K) याव्यतिरिक्त सिलिकॉनशी अगदी जवळून जुळते (3.5– 4 ppm/K) आणि गॅलियम नायट्राइड (GaN, ~ 5.6 ppm/K), थर्मल बाइकिंग दरम्यान थर्मो-मेकॅनिकल तणाव कमी करणे.

3.2 इलेक्ट्रिकल आणि मेकॅनिकल विश्वसनीयता

मागील थर्मल कामगिरी, AlN कमी डायलेक्ट्रिक नुकसान वापरते (टॅन δ < 0.0005) and steady permittivity (εᵣ ≈ 8.9) throughout a broad regularity variety, making it perfect for high-frequency microwave and millimeter-wave circuits.

त्याचा हर्मेटिक स्वभाव ओलसरपणापासून संरक्षण करतो, ओलसर सेटिंग्जमध्ये बिघडण्याची जोखीम काढून टाकणे– सेंद्रिय सब्सट्रेट्सवर एक आवश्यक फायदा.

यांत्रिकपणे, AlN मध्ये उच्च लवचिक कडकपणा आहे (300– 400 एमपीए) आणि दृढता (HV ≈ 1200), हाताळणी दरम्यान लवचिकता सुनिश्चित करणे, विधानसभा, आणि फील्ड प्रक्रिया.

ही वैशिष्ट्ये एकत्रितपणे सुधारित सिस्टम अखंडतेमध्ये योगदान देतात, कमी अपयश दर, आणि मिशन-क्रिटिकल ऍप्लिकेशन्समध्ये ताब्यात घेण्याची एकूण किंमत कमी.

4. अनुप्रयोग आणि भविष्यातील तांत्रिक सीमा

4.1 औद्योगिक, ऑटोमोटिव्ह, आणि संरक्षण प्रणाली

AlN सिरेमिक सबस्ट्रेट्स सध्या व्यावसायिक मोटर ड्राइव्हसाठी प्रगत पॉवर मॉड्यूल्समध्ये पारंपारिक आहेत, पवन आणि सौर इन्व्हर्टर, आणि इलेक्ट्रिक आणि हायब्रीड ऑटोमोबाईल्समध्ये ऑनबोर्ड बॅटरी चार्जर.

एरोस्पेस आणि संरक्षण मध्ये, ते रडार प्रणाली टिकवून ठेवतात, डिजिटल युद्ध साधने, आणि उपग्रह संवाद, जेथे अत्यंत समस्यांमध्ये कार्यप्रदर्शन गैर-निगोशिएबल असते.

क्लिनिकल इमेजिंग उपकरणे, एक्स-रे जनरेटर आणि एमआरआय प्रणालींचा समावेश आहे, AlN च्या रेडिएशन रेझिस्टन्स आणि सिग्नल अखंडतेतून देखील फायदा होतो.

संपूर्ण वाहतूक आणि ऊर्जा क्षेत्रामध्ये विद्युतीकरणाचा वेग वाढतो, AlN सब्सट्रेट्सची मागणी वाढतच आहे, कॉम्पॅक्टच्या गरजेद्वारे चालविले जाते, कार्यक्षम, आणि प्रतिष्ठित पॉवर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे.

4.2 उद्भवणारे संयोजन आणि शाश्वत विकास

भविष्यातील नवकल्पना त्रि-आयामी उत्पादन पॅकेजिंग आर्किटेक्चरमध्ये AlN समाकलित करण्यावर लक्ष केंद्रित करतात, अंतर्भूत निष्क्रिय घटक, आणि विषम संयोजन प्रणाली Si समाकलित करते, SiC, आणि GaN गॅझेट.

नॅनोस्ट्रक्चर्ड AlN चित्रपट आणि सिंगल-क्रिस्टल सबस्ट्रॅटम्समधील संशोधनाचा उद्देश शैक्षणिक मर्यादांकडे थर्मल चालकता अधिक वाढवणे आहे (> 300 प/(मी · के)) पुढील पिढीच्या क्वांटम आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गॅझेट्ससाठी.

स्केलेबल पावडर संश्लेषणाद्वारे उत्पादन खर्च कमी करण्याचा प्रयत्न, गुंतागुंतीच्या सिरेमिक फ्रेमवर्कचे अतिरिक्त उत्पादन, आणि भंगार AlN च्या पुनर्वापराला टिकाऊपणा वाढवण्यासाठी गती मिळत आहे.

शिवाय, मर्यादित घटक विश्लेषण वापरून मॉडेलिंग उपकरणे (FEA) आणि काही थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल भारांसाठी सब्सट्रेट लेआउट वाढविण्यासाठी कृत्रिम बुद्धिमत्ता वापरली जात आहे.

शेवटी, हलक्या वजनाच्या ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक सब्सट्रेट्स समकालीन इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये एक कोनशिला नवकल्पना दर्शवतात, विद्युत पृथक्करण आणि थकबाकी थर्मल ट्रान्समिशनमधील शून्यता स्पष्टपणे जोडणे.

उच्च-कार्यक्षमतेला परवानगी देण्यात त्यांची भूमिका, उच्च-विश्वसनीय उर्जा प्रणाली डिजिटल आणि उर्जा नवकल्पनांच्या आवर्ती उत्क्रांतीत त्यांच्या सामरिक मूल्यावर जोर देते.

5. पुरवठादार

ऑक्टोबर रोजी प्रगत सिरॅमिक्सची स्थापना केली 17, 2012, संशोधन आणि विकासासाठी वचनबद्ध एक उच्च-तंत्रज्ञान उपक्रम आहे, उत्पादन, प्रक्रिया, सिरेमिक संबंधित सामग्री आणि उत्पादनांची विक्री आणि तांत्रिक सेवा. आमच्या उत्पादनांमध्ये बोरॉन कार्बाइड सिरॅमिक उत्पादनांचा समावेश आहे परंतु ते इतकेच मर्यादित नाही, बोरॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक उत्पादने, सिलिकॉन नायट्राइड सिरेमिक उत्पादने, झिरकोनियम डायऑक्साइड सिरेमिक उत्पादने, इ. तुम्हाला स्वारस्य असल्यास, कृपया आमच्याशी संपर्क साधा.
टॅग्ज: ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक सबस्ट्रेट्स, ॲल्युमिनियम नायट्राइड सिरेमिक, aln ॲल्युमिनियम नायट्राइड

सर्व लेख आणि चित्रे इंटरनेटवरून आहेत. काही कॉपीराइट समस्या असल्यास, कृपया हटवण्यासाठी वेळेत आमच्याशी संपर्क साधा.

आमची चौकशी करा