อะลูมิเนียมไนไตรด์ – วัสดุพื้นผิวที่ทันสมัยที่สุด

ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 21 ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ ระดับการรวมและความหนาแน่นของการประกอบของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง และการกระจายความร้อนได้กลายเป็นกุญแจสำคัญในการส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์

พื้นผิวบรรจุภัณฑ์ใช้ในการส่งออกความร้อนจากชิป (แหล่งความร้อน) เพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อมภายนอกเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการกระจายความร้อน ในบรรดาวัสดุเหล่านี้ วัสดุเซรามิกได้กลายเป็นวัสดุทั่วไปสำหรับพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้าเนื่องจากมีการนำความร้อนสูง ทนความร้อนได้ดี มีฉนวนสูง มีความแข็งแรงสูง และจับคู่ความร้อนกับวัสดุชิป

ในปัจจุบัน ความต้องการพื้นผิวอะลูมิเนียมไนไตรด์ในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า วงจรไฟฟ้ารวมไฮบริด เสาอากาศในอุตสาหกรรมการสื่อสาร รีเลย์แบบโซลิด ไฟ LED กำลังไฟ บรรจุภัณฑ์หลายชิป (MCM) และสาขาอื่นๆ กำลังเติบโต ตลาดปลายทางคืออิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ไฟ LED ระบบขนส่งทางราง สถานีฐานการสื่อสาร อวกาศและการป้องกันทางทหาร

1. เสาอากาศ

เสาอากาศสามารถแปลงคลื่นนำทางที่แพร่กระจายบนสายส่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศ หรือแปลงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นนำทาง สาระสำคัญคือตัวแปลง เสาอากาศมีการใช้งานที่หลากหลายและต้องทำงานได้ตามปกติในทุกสภาพแวดล้อม ดังนั้น ส่วนประกอบของเสาอากาศจะต้องมีคุณภาพสูงและเชื่อถือได้อย่างยิ่ง แผงวงจรทั่วไปไม่สามารถตอบสนองความต้องการพื้นฐานของเสาอากาศนี้ได้ ในปัจจุบัน แผงวงจรที่ใช้เซรามิกนั้นใกล้เคียงกับความต้องการของเสาอากาศมากที่สุดในทุกๆ ด้าน ในบรรดาแผงวงจรที่ใช้เซรามิก AlN นั้นมีประสิทธิภาพดีที่สุด ซึ่งสะท้อนให้เห็นเป็นหลักใน:

(1) ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ ซึ่งช่วยลดการสูญเสียความถี่สูงและช่วยให้ส่งสัญญาณได้อย่างสมบูรณ์

(2) ชั้นฟิล์มโลหะที่มีความต้านทานต่ำและการยึดเกาะที่ดี ชั้นโลหะมีสภาพนำไฟฟ้าที่ดีและสร้างความร้อนน้อยลงเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่าน

(3) แผงวงจรที่ใช้เซรามิกมีฉนวนที่ดี เสาอากาศสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงระหว่างการใช้งาน และพื้นผิวเซรามิกมีแรงดันไฟฟ้าพังทลายสูง

(4) สามารถบรรจุหีบห่อที่มีความหนาแน่นสูงได้

2. โมดูลมัลติชิป (MCM)

โมดูลมัลติชิปเป็นส่วนประกอบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงที่มีประสิทธิภาพสูงและเชื่อถือได้ขนาดเล็กที่สามารถตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางทหาร เป็นต้น ด้วยพลังงานของส่วนประกอบที่เพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของบรรจุภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น การกระจายความร้อนที่ดีจึงเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ต้องพิจารณา วัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ประเภท MCM-C มักใช้โครงสร้างเซรามิกหลายชั้น

3. บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์อุณหภูมิสูง

อุปกรณ์วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบนด์แก็ปกว้างที่ใช้ SiC, GaN และเพชรสามารถทำงานในอุณหภูมิสูงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง SiC มีเทคโนโลยีการใช้งานที่ครบถ้วนที่สุด SiC สามารถทำงานได้อย่างเสถียรที่อุณหภูมิสูงถึง 600°C ด้วยคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่ยอดเยี่ยม และมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในระบบอิเล็กทรอนิกส์อุณหภูมิสูงในสาขาการบินและอวกาศ

4. โมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลัง

โมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลังเป็นชุดรวมของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่บรรจุเป็นหนึ่งเดียวตามรูปแบบและการทำงานร่วมกันบางอย่าง โมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลังสามารถเลือกส่วนประกอบที่เหมาะสมสำหรับการบรรจุตามฟังก์ชันที่ต้องการ ส่วนประกอบทั่วไป ได้แก่ ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน ทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเซมิคอนดักเตอร์ออกไซด์โลหะกำลัง และวงจรรวมกำลัง โมดูลเซมิคอนดักเตอร์กำลังมีข้อกำหนดการกระจายความร้อนสูงมาก แผงวงจรเซรามิกเป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักและจุดสัมผัสแรกของความร้อน

5. การบรรจุ LED กำลัง

LED เป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่แปลงไฟฟ้าเป็นแสง การวิจัยทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่ามีเพียง 20%-30% ของพลังงานไฟฟ้าเท่านั้นที่แปลงเป็นพลังงานแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และส่วนที่เหลือจะสูญเสียไปเป็นความร้อน หากไม่มีวิธีการที่เหมาะสมในการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิในการทำงานของหลอดไฟจะสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ LED มีอายุการใช้งานสั้นลงอย่างมาก

ด้วยการยกระดับเทคโนโลยีอุตสาหกรรมข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์อย่างต่อเนื่อง การย่อส่วนและการรวมฟังก์ชันของพื้นผิว PCB จึงกลายเป็นกระแส ความต้องการของตลาดสำหรับการกระจายความร้อนและความต้านทานอุณหภูมิสูงของพื้นผิวการกระจายความร้อนและวัสดุบรรจุภัณฑ์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุพื้นผิวทั่วไปที่มีประสิทธิภาพค่อนข้างสูงที่จะตอบสนองความต้องการของตลาด การพัฒนาของอุตสาหกรรมพื้นผิวเซรามิกอะลูมิเนียมไนไตรด์ได้นำมาซึ่งโอกาสมากมาย ดังนั้น อะลูมิเนียมไนไตรด์จึงกลายเป็นวัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบัน