การใช้อะลูมิเนียมไนไตรด์ในด้านการนำความร้อนสูง

ในปัจจุบัน การใช้อลูมิเนียมไนไตรด์ในด้านการนำความร้อนสูงมุ่งเน้นไปที่สองด้านหลักๆ ได้แก่ พื้นผิวบรรจุภัณฑ์และตัวเติมนำความร้อน

วัสดุพื้นผิวบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอุดมคติ

พื้นผิวบรรจุภัณฑ์ส่วนใหญ่ใช้การนำความร้อนสูงของวัสดุเพื่อนำความร้อนออกจากชิป (แหล่งความร้อน) เพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสภาพแวดล้อมภายนอก สำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลัง วัสดุพิมพ์บรรจุภัณฑ์ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

(1) การนำความร้อนสูง

(2) จับคู่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุชิป

(3) มีความต้านทานความร้อนได้ดี ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานที่อุณหภูมิสูงของอุปกรณ์ไฟฟ้า และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี

(4) ฉนวนที่ดี ตรงตามข้อกำหนดการเชื่อมต่อไฟฟ้าและฉนวนของอุปกรณ์

(5) ความแข็งแรงทางกลสูง ตอบสนองความต้องการด้านความแข็งแกร่งของการประมวลผลอุปกรณ์ บรรจุภัณฑ์ และกระบวนการประยุกต์

(6) ราคามีความเหมาะสมและเหมาะสมกับการผลิตและการใช้งานขนาดใหญ่

ฟิลเลอร์นำความร้อน

ด้วยการย่อส่วนและการบูรณาการสูงของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ ปัญหาการกระจายความร้อนกลายเป็นคอขวดที่สำคัญซึ่งจำกัดการพัฒนาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ และวัสดุคอมโพสิตที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า เช่น วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน ซึ่งกำหนดผลการกระจายความร้อน ได้ดึงดูดมากขึ้นและ ความสนใจมากขึ้น

ปัจจุบัน วัสดุคอมโพสิตนำความร้อนเชิงพาณิชย์โดยทั่วไปประกอบด้วยโพลีเมอร์และตัวเติมนำความร้อน เนื่องจากค่าการนำความร้อนของโพลีเมอร์ต่ำมาก โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 0.5W/m·K ค่าการนำความร้อนของวัสดุคอมโพสิตที่นำความร้อนจึงถูกกำหนดโดยตัวเติมนำความร้อนเป็นหลัก ปัจจุบัน สารตัวเติมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในตลาดคือตัวเติมออกไซด์ที่แสดงโดย Al2O3 เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ค่าการนำความร้อนภายในของอลูมินาอยู่ที่เพียง 38~42W/m·K เนื่องจากข้อจำกัด การเตรียมวัสดุกระจายความร้อนที่ตรงตามข้อกำหนดในอนาคตจึงเป็นเรื่องยาก วัสดุคอมโพสิตนำความร้อนที่ตลาดต้องการ

ควรชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าประสิทธิภาพโดยรวมของอะลูมิเนียมไนไตรด์จะดีกว่าอะลูมิเนียมออกไซด์ เบริลเลียมออกไซด์ และซิลิคอนคาร์ไบด์อย่างมาก และถือเป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ที่มีการบูรณาการสูงและบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส โดยการดูดซับน้ำในอากาศ ปฏิกิริยานี้ทำให้พื้นผิวถูกเคลือบด้วยฟิล์มอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งจะขัดขวางเส้นทางการนำความร้อนและส่งผลต่อการส่งผ่านของโฟนัน นอกจากนี้ การบรรจุในปริมาณมากจะช่วยเพิ่มความหนืดของโพลีเมอร์ได้อย่างมาก ซึ่งไม่เอื้อต่อกระบวนการขึ้นรูป

เพื่อที่จะเอาชนะปัญหาข้างต้น จะต้องดำเนินการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอนุภาคนำความร้อนของอะลูมิเนียมไนไตรด์ เพื่อปรับปรุงปัญหาการเชื่อมต่อส่วนต่อประสานระหว่างทั้งสอง ปัจจุบันมีสองวิธีหลักในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ วิธีแรกคือวิธีปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิว ซึ่งคือการดูดซับหรือปฏิกิริยาของสารโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น สารเชื่อมต่อบนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ อีกวิธีหนึ่งคือวิธีการกราฟต์พื้นผิวซึ่งเป็นปฏิกิริยาการกราฟต์ระหว่างโมโนเมอร์โพลีเมอร์และหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์

ที่ใช้กันทั่วไปในปัจจุบันคือการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของสารเชื่อมต่อ เช่น สารเชื่อมต่อไซเลนและไททาเนต และสารปรับสภาพพื้นผิวประเภทอื่นๆ เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการทำปฏิกิริยาเคมีบนพื้นผิว วิธีการต่อกิ่งพื้นผิวมีความยืดหยุ่นมากกว่า สามารถเลือกโมโนเมอร์และกระบวนการปฏิกิริยากราฟต์ที่ตรงตามเงื่อนไขตามความต้องการลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน