نتريد الألومنيوم – مادة الركيزة الأكثر عصرية

منذ بداية القرن الحادي والعشرين، ومع التطور السريع للتكنولوجيا الإلكترونية، تم تحسين مستوى التكامل وكثافة تجميع المكونات الإلكترونية بشكل مستمر، وأصبح تبديد الحرارة هو المفتاح للتأثير على أداء الجهاز وموثوقيته.

يتم استخدام ركيزة التغليف لتصدير الحرارة من الشريحة (مصدر الحرارة) لتحقيق تبادل الحرارة مع البيئة الخارجية لتحقيق غرض تبديد الحرارة. من بينها، أصبحت المواد الخزفية مادة شائعة لركائز تغليف أجهزة الطاقة بسبب موصليتها الحرارية العالية ومقاومتها الجيدة للحرارة وعزلها العالي وقوتها العالية ومطابقتها الحرارية مع مواد الرقائق.

في الوقت الحاضر، ينمو الطلب على ركائز نيتريد الألومنيوم في أجهزة أشباه الموصلات للطاقة، ودوائر الطاقة المتكاملة الهجينة، والهوائيات في صناعة الاتصالات، والمرحلات الصلبة، ومصابيح LED للطاقة، والتعبئة متعددة الرقائق (MCM) وغيرها من المجالات. سوقها الطرفية هي للإلكترونيات السيارات، ومصابيح LED، والنقل بالسكك الحديدية، ومحطات الاتصالات الأساسية، والفضاء الجوي والدفاع العسكري.

1. الهوائي

يمكن للهوائي تحويل الموجات الموجهة المنتشرة على خط النقل إلى موجات كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء الحر، أو تحويل الموجات الكهرومغناطيسية إلى موجات موجهة. جوهره هو المحول. للهوائيات مجموعة واسعة من الاستخدامات وتحتاج إلى العمل بشكل طبيعي في أي بيئة. لذلك، يجب أن تكون مكوناتها ذات جودة عالية وموثوقة للغاية. لا تستطيع لوحات الدوائر العادية تلبية هذا المتطلب الأساسي للهوائيات. في الوقت الحاضر، تعد لوحة الدوائر القائمة على السيراميك هي الأقرب لمتطلبات الهوائيات في جميع الجوانب. من بينها، تتمتع لوحات الدوائر القائمة على السيراميك AlN بأفضل أداء، والذي ينعكس بشكل أساسي في:

(1) ثابت عازل صغير، مما يقلل من خسائر التردد العالي ويمكّن من نقل الإشارة بالكامل.

(2) طبقة فيلم معدنية ذات مقاومة منخفضة وقوة التصاق جيدة. تتمتع الطبقة المعدنية بموصلية جيدة وتولد حرارة أقل عند مرور التيار.

(3) تتمتع لوحات الدوائر القائمة على السيراميك بعزل جيد. تولد الهوائيات جهدًا عاليًا أثناء الاستخدام، والركائز الخزفية لها جهد انهيار مرتفع.

(4) من الممكن إجراء تغليف عالي الكثافة.

2. وحدة متعددة الرقائق (MCM)

تعتبر وحدة متعددة الرقائق مكونًا إلكترونيًا متطورًا عالي الأداء وعالي الموثوقية وصغير الحجم يمكنه تلبية المتطلبات الصارمة لمعدات الفضاء والطائرات والمعدات الإلكترونية العسكرية وما إلى ذلك. مع زيادة قوة المكونات وزيادة كثافة التغليف، فإن تبديد الحرارة الجيد هو التكنولوجيا الرئيسية التي يجب مراعاتها. عادةً ما تعتمد مواد ركيزة التغليف من نوع MCM-C على بنية سيراميكية متعددة الطبقات.

3. تغليف أشباه الموصلات عالية الحرارة

يمكن لأجهزة أشباه الموصلات ذات الفجوة النطاقية العريضة القائمة على SiC وGaN والماس أن تعمل في درجات حرارة عالية، وخاصة SiC التي تتمتع بتكنولوجيا التطبيق الأكثر نضجًا؛ يمكن أن يعمل SiC بثبات في درجة حرارة عالية تبلغ 600 درجة مئوية بخصائصه الفيزيائية والكيميائية الممتازة، ويلعب دورًا مهمًا للغاية في الأنظمة الإلكترونية عالية الحرارة في مجال الفضاء.

4. وحدة أشباه الموصلات للطاقة

وحدة أشباه الموصلات للطاقة عبارة عن مجموعة من المكونات الإلكترونية للطاقة معبأة في وحدة واحدة وفقًا لنمط معين وتركيبة وظيفية. يمكن لوحدة أشباه الموصلات للطاقة اختيار المكونات المناسبة للتغليف وفقًا للوظائف المطلوبة. المكونات الشائعة هي الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة، وترانزستورات التأثير الميداني لأشباه الموصلات المعدنية للطاقة والدوائر المتكاملة للطاقة. تتطلب وحدات أشباه الموصلات للطاقة تبديدًا حراريًا عاليًا للغاية. تعد لوحات الدوائر الخزفية أحد مكوناتها الأساسية ونقطة الاتصال الأولى للحرارة.

5. تغليف LED للطاقة

LED عبارة عن شريحة أشباه موصلات تحول الكهرباء إلى ضوء. تُظهر الأبحاث العلمية أن 20%-30% فقط من الطاقة الكهربائية يتم تحويلها بفعالية إلى طاقة ضوئية، ويتم فقدان الباقي على شكل حرارة. إذا لم تكن هناك طريقة مناسبة لتبديد الحرارة بسرعة، فسترتفع درجة حرارة تشغيل المصباح بشكل حاد، مما يؤدي إلى تقصير كبير في عمر LED.

مع التحديث المستمر لتكنولوجيا صناعة المعلومات الإلكترونية، أصبح تصغير حجم ركائز PCB وتكاملها الوظيفي اتجاهًا. تتزايد متطلبات السوق لتبديد الحرارة ومقاومة درجات الحرارة العالية لركائز تبديد الحرارة ومواد التغليف باستمرار. من الصعب على مواد الركيزة العادية ذات الأداء العالي نسبيًا تلبية طلب السوق. لقد أدى تطور صناعة ركيزة السيراميك من نتريد الألومنيوم إلى ظهور فرص. لذلك، أصبح نتريد الألومنيوم مادة ركيزة التغليف الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر.