（الموصلية الحرارية لمواد الركيزة الخزفية المختلفة）
مزايا فريدة لسيراميك نيتريد الألومنيوم
بالمقارنة مع السيراميك العادي للألومينا (AL2O3) ، فإن السيراميك من الألومنيوم (ALN) لها المزايا الفريدة التالية:
أكبر ميزة لنيتريد الألومنيوم هي الموصلية الحرارية العالية للغاية.
يمكن أن تصل قيمتها النظرية إلى 320 واط/(م · ك) ، والتي تتراوح من 5 إلى 10 أضعاف من الألومينا. هذا يعني أنه في ظل نفس ظروف العمل ، يمكن لسيراميك نيتريد الألومنيوم مقاومة كثافة تدفق الحرارة أكبر. عند استخدامها كركائز أو أغلفة للتغليف ، تعد سيراميك نيتريد الألومنيوم مفيدًا بشكل خاص لتبديد الحرارة للرقائق أو الوحدات النمطية عالية الطاقة. عندما يتم تحويلها إلى عناصر التدفئة المعدنية المعدنية النيتريد الألومنيوم (سخان المعادن المعدنية) ، يمكنهم تحقيق التدفئة السريعة. عندما يتم تحويلها إلى نتروستاتيكي من الألومنيوم (تشاك كهربائي) ، يمكنهم تسخين أو تسخين الرقاقات الممتصة بسرعة.
يحتوي على معامل منخفض من التمدد الحراري ، فقط 4.3 جزء في المليون/ك ، وهو قريب من رقائق السيليكون (3.5 - 4.0 جزء في المليون/ك). يشير هذا إلى وجود تطابق توسع حراري طبيعي عالي بين رقائق السيليكون والسيراميك النيتريد الألومنيوم ، والذي يحسن بشكل غير مرئي موثوقية التغليف.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الخواص الميكانيكية والخصائص الكهربائية ومقاومة التآكل لسيراميك نيتريد الألومنيوم يمكن مقارنتها بخصائص السيراميك للألومينا.
يمكن أن تجمع السيراميك النيتريد من الألومنيوم بين الموصلية الحرارية العالية ، ومعامل التوسع المنخفض ، والقوة العالية ، ومقاومة التآكل الكيميائي ، مما يجعلها مادة تبديد حرارة مثالية ، وخاصة للتطبيقات في الدوائر المتكاملة على نطاق واسع والأجهزة الإلكترونية عالية الأداء.
العوامل التي تؤثر على الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم
نظرًا لأن سيراميك نيتريد الألومنيوم يعزل المواد الصلبة ، فإن تأثير نقل حرارة الإلكترون والفوتون صغير للغاية. آلية توصيل الحرارة الرئيسية هي نقل الحرارة (اهتزاز الشبكة). يتمتع الرابطة A Al-N في سيراميك نيتريد الألومنيوم طاقة رابطة عالية نسبيًا وطول رابطة قصيرة ، وبالتالي فإن سرعة انتشار الفونون سريعة ، وهذا هو السبب في توصيله الحراري العالي.
على الرغم من أن الموصلية الحرارية لنيتريد الألومنيوم يمكن أن تصل إلى 320 واط/(م · k) ، إلا أن عدد قليل من الشركات فقط يمكن أن تصل الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم إلى 230 واط/(م · ك). عادة ، الموصلية الحرارية للمنتجات الفعلية هي فقط 150 - 180 واط/(م · ك). العوامل التي تؤثر على الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم هي كما يلي:
من التجربة العملية ، تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم كثافة الشبكة ، ومحتوى الأكسجين ، ونقاء مساحيق المواد الخام ، والبنية المجهرية.
كثافة
تحتوي العينات ذات الكثافة المنخفضة على عدد كبير من المسام ، والتي ستؤثر على نثر الفونونات وتقلل من المسار الحر المتوسط ، مما يقلل من الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم. وفي الوقت نفسه ، قد تفشل الخواص الميكانيكية للعينات منخفضة الكثافة في تلبية متطلبات التطبيقات ذات الصلة.
محتوى الأكسجين
نظرًا لأن نيتريد الألومنيوم لديه تقارب قوي للأكسجين ، عندما يتلامس نيتريد الألومنيوم بالهواء أو الماء ، يكون سطحه مؤكسدًا بسهولة ويشكل فيلمًا أكسيد الألومنيوم ، مما يؤدي إلى شواغر الألومنيوم وعيوب الأكسجين. من السهل الانتشار في الشواغر المصنوعة من الألومنيوم وعيوب الأكسجين في شعرية ALN أثناء عملية التلبيد. بعد انتشار الشواغر المصنوعة من الألومنيوم وعيوب الأكسجين في جميع أنحاء شبكة بلورة نيتريد الألومنيوم ، يتم تقليل المسار الخالي من الفونونات ، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية الحرارية.
عيوب شعرية
لقد وجدت الأبحاث أن أنواع العيوب في شبكة AIN (السيراميك النيتريد الألومنيوم) مرتبطة بتركيز ذرات الأكسجين. عندما يكون تركيز الأكسجين أقل من 0.75 ٪ ، يتم توزيع ذرات الأكسجين بالتساوي في شعرية AIN (نيتريد الألومنيوم) ، لتحل محل مواقف ذرات النيتروجين في AIN ، ومرافقة شواغر الألومنيوم. عندما لا يكون تركيز الأكسجين أقل من 0.75 ٪ ، ستتغير مواقف ذرات الألومنيوم في الشبكة AIN (السيراميك النيتريد الألومنيوم) ، وتختفي الشواغر من الألومنيوم ، وتولد عيوب الأوكتاهدية. عندما يكون تركيز ذرة الأكسجين أعلى ، يتم إنتاج عيوب ممتدة مثل الأنواع المتعددة ، ومجالات الانعكاس ، وأخطاء التراص التي تحتوي على الأكسجين في شعرية.
تدابير لتحسين الموصلية الحرارية لسيراميك نيتريد الألومنيوم
أولا ، زيادة الكثافة. اختر مساحيق النانو الدقيقة ذات الحبيبات العالية ، ودقة مع الوسائل الملبدة ، واستخدام تلبيد الجسدية عالية الطاقة وطرق أخرى لتحسين كثافة التلبيد للسيراميك.
ثانياً ، تقليل محتوى الأكسجين والعيوب الداخلية. حدد مساحيق المواد الخام ذات النقاء العالي ذات الأكسجين. يجب أن يتجنب تخزين مساحيق المواد الخام وتشكيل المنتجات شبه المنقولة تأثير بخار الماء. خلال عملية تلبد الغلاف الجوي ، يجب التحكم في محتوى الأكسجين بصرامة.
