පිඟන් මැටි උපස්ථරවල ද්රව්ය හා ලක්ෂණ

තාක්ෂණයේ ප්රගතිය හා සංවර්ධනය සමඟ, මෙහෙයුම් ධාරාව, ​​වැඩකරන උෂ්ණත්වය සහ උපාංගවල සංඛ්යාතය ක්රමයෙන් ඉහළ මට්ටමක පවතී. උපාංග සහ පරිපථවල යැපීම සපුරාලීම සඳහා, චිප් වාහකයන් සඳහා වැඩි අවශ්යතා ඉදිරිපත් කර ඇත. ඔවුන්ගේ විශිෂ්ට තාප ගුණාංග, මයික්රෝවේව් ගුණ, යාන්ත්රික ගුණාංග සහ ඉහළ විශ්වසනීයත්වය නිසා මෙම ක්ෂේත්රවල සෙරමික් උපස්ථර බහුලව භාවිතා වේ.

මේ වන විට, සෙරමික් උපස්ථරයේ භාවිතා කරන ප්රධාන සෙරමික් ද්රව්ය: ඇලුමිනා (අල් 22ඕ 3), ඇලුමිනියම් නයිට්රයරි (ALN4), සිලිකන් නයිට්රයයිඩ් (SIC3N4), සිලිකන් කාබයිඩ් (SIC) සහ බෙරිලියම් ඔක්සයිඩ් (බී) සහ බෙරිලියම් ඔක්සයිඩ් (බී).

9.7 10

මා ටෙලියාල්	පාරිශුද්ධත්වයේ	තාප සන්නායකතාව (K /M)	සාපේක්ෂ විදුලි	කඩාකප්පල්කාරී ක්ෂේත්ර තීව්රතාව (KV / MM ^ (- 1)	) STATT S
AL2	99	29	9.7	10 9.7 10	හොඳම පිරිවැය කාර්ය සාධනය, බොහෝ සෙඩර් යෙදුම්
ඇ.එන්.එන්	99%	150	8.9	15	උසස් කාර්ය සාධනයක්, නමුත් වැඩි පිරිවැය
බීඕ	99	%	310	6.4 ඉතා	විෂ
සහිත	,	SI3N4	99	%%	106
භාවිතා	කිරීමට	ඇති	සීමාව	.	_

මෙම දියුණු පිඟන් මැටි 5 හි කෙටි ලක්ෂණ උපස්ථර සඳහා පහත පරිදි වේ:

1. ඇලුමිනා (AL2O3)

AL2O3 සමජාතීය බහුලතට වර්ග 10 කට වඩා ළඟා විය හැකි අතර ප්රධාන ස් stal ටික වර්ග පහත පරිදි වේ: β-al2o3, β-al2o3, β-Al2o3 සහ zta-al23. ඒ අතර, α-al2o3 හි අඩුම ක්රියාකාරකම ඇති අතර ප්රධාන ස් stal ටික ආකෘති හතර අතරට වඩාත්ම ස්ථාවර වන අතර එහි ඒකක සෛලය යනු ෂඩාස්රාකාර ස් stal ටික පද්ධතියට අයත් වන චම්බොම්බොහෙරදායී ය. α-Al2o3 ව්යුහය තදින්, සංකෝම් ව්යුහය, සියලු උෂ්ණත්වවලදී සාදාත්මකව පැවතිය හැකිය; උෂ්ණත්වය 1000 ~ 1600 ° C කරා ළඟා වූ විට, වෙනත් ප්රභේදයන් ආපසු හැරවිය නොහැකි ලෙස α Al2o3 බවට පරිවර්තනය වේ.

රූපය 1: SEM යටතේ AL2O3 හි ස් stal ටික මයික්රොස්ටෝට්

AL22O3 මහජන භාගය වැඩිවීමත්, අනුරූප වීදුරු යුගයේ මහා භාගයේ අඩුවීමත් සමඟ AL22O3 පිඟන් මැටි හි තාප සන්නායකතාව වේගයෙන් ඉහළ යයි. 90%.

AL2O3 හි ස්කන්ධය වැඩි කිරීම පිඟන් මැටි වල සමස්ත කාර්ය සාධනය වැඩි දියුණු කළ හැකි වුවද, එය පිඟන් මැටි වල සින්නම් සහගත උෂ්ණත්වය වැඩි කරයි.

2. ඇලුමිනියම් නයිට්රයයිඩ් (ASN)

ALN යනු වර්ට්සයිට් ව්යුහය සහිත කාණ්ඩයේ ⅲ-V සංයෝගයකි. එහි ඒකක සෛලය ෂඩාස්රාකාර ස් stal ටික පද්ධතියට අයත් ALN4 ටෙට්රාහෙඩ්රොන් ය. න්යායාත්මකව, එහි ස් stal ටික ity නත්වය 3.2611g / cm3, එබැවින් එය ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් ඇති අතර පිරිසිදු අල්ට් ස් cry ටිකයට කාමර උෂ්ණත්වයේ තාප සන්නායකතාවක් ඇති අතර, කාමර උෂ්ණත්වයේ තාප සන්නායකතාව සහ උණුසුම් සම්පීඩිත ගිනි තැබූ අල්ට් AL22O3 හි 5 ගුණයකින් යුත් උපස්ථරය 150W / (MA K) වෙත ළඟා විය හැකිය. SI, SIC සහ GAAS වැනි අර්ධ සන්නායක චිපයේ තාප සංගුණමය සංගුණනය සමඟ තාප ව්යාප්ති සංගුණකය 3.8 × 10-6 × 10-6 / ℃ වේ.

රූපය 2: ඇලුමිනියම් නයිට්රයිඩ් කුඩු

ALN පිඟන් මැටි සෙරමික්ස් වලට වඩා ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් ඇති අතර එය ඉහළ විදුලි සංදේශයක් අවශ්ය වන ඉහළ බලශක්ති බලශක්ති ඉලෙක්ට්රොනික උපකරණ සහ වෙනත් උපකරණ ක්රමයෙන් ප්රතිස්ථාපනය කරන අතර පුළුල් යෙදුම් අපේක්ෂාවන් ඇත. ALN පිඟන් මැටි ඔවුන්ගේ අඩු ද්විතීයික ඉලෙක්ට්රෝන විමෝචන සංගුණනය හේතුවෙන් විදුලි රික්ත විද්යුත් උපාංගවල බලශක්ති සැපයීමේ කවුළුව සඳහා කැමති ද්රව්ය ලෙස ද සැලකේ.

3. සිලිකන් නයිට්රයිඩ් (SI3N4)

SI3N4 යනු ස් cry ටික ව්යුහයන් තුනක් සහිත සහල්වාලියෙන් බැඳී ඇති බැඳුම්කර සංයෝගයකි: α- si3n4, β- si3n4, සහ γ-si3n4. ඒ අතර, α-si3n4 සහ β-si3n4 යනු වඩාත් සුලභ ස් stal ටික ආකෘති වන අතර ෂඩාස්රාකාර ව්යුහය ඇත. SI3N4 හි තනි ස් stal ටිකයේ තාප සන්නායකතාව 400w / (mk) වෙත ළඟා විය හැකිය. කෙසේ වෙතත්, එහි ෆොනන් තාප හුවමාරුව හේතුවෙන්, පූර්ණ දැලිස් තුළ ඇති පුරප්පාඩුව සහ අවතැන්වීම වැනි දැලිස් දෝෂ ඇති අතර අපද්රව්ය මඟින් ෆොනොන් විසිරීමට හේතු වේ, එබැවින් සත්යයෙන් යුත් පිඟන් මැටි වල තාප සන්නායකතාව 20W / (M K) පමණ වේ . සමානුපාතික හා සින්ක්ලිං ක්රියාවලිය ප්රශස්තිකරණය කිරීමෙන් තාප සන්නායකතාව 106w / (mk) දක්වා ළඟා වී තිබේ. SI3N4 හි තාප ව්යාප්ති සංගුණකය 3.0 × 10-6 / c, එය SI, SIC සහ GAAS ද්රව්ය සමඟ හොඳින් ගැලපෙන අතර, SI3N4 පිඟන් මැටි ඉහළ තාප සන්නායකතාව ඉලෙක්ට්රොනික උපාංග සඳහා ආකර්ශනීය සෙරමික් උපස්ථරයක් සෑදීම.

රූපය 3: සිලිකන් නයිට්රයයිඩ් වල කුඩු

පවත්නා පිඟන් මැටි උපස්ථර, එස් 3n4 සෙරමික් උපස්ථර අතර ඉහළ දෘඩතාව, ඉහළ යාන්ත්රික ශක්තිය, අධික උෂ්ණත්ව ප්රතිරෝධය සහ තාප ස්ථාවරත්වය, අඩු පාරජලිස්ට් නිරන්තර සහ පාර විද්යුත් විනාශය, ප්රතිරෝධක හා විඛාදන ප්රතිරෝධය වැනි විශිෂ්ට ගුණ සහිත හොඳම පිඟන් මැටි ද්රව්ය ලෙස සැලකේ. වර්තමානයේදී, එය IGBT මොඩියුලය ඇසුරුම්කරණයෙන් හා ක්රමයෙන් AL2O3 සහ ALN STARIAIC උපස්ථර ක්රමයෙන් ප්රතිස්ථාපනය කරයි.

4.සිකන් කාබයිඩ් (SIC)

තනි ස් stal ටිකී ඇති තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය ලෙසත්, විශාල සංගීත පරතරයේ ඇති වාසි, ඉහළ බිඳවැටීමේ වෝල්ටීයතාව, ඉහළ තාප සන්නායකතාව සහ ඉහළ ඉලෙක්ට්රෝන සන්නායක වේගය.

බෙඕ සහ B2O3 හි කුඩා ප්රමාණයක් එහි ප්රතිරෝධක කිරීම සඳහා SIC කිරීමට, පසුව 1900 thoining 1900 ට වැඩි උෂ්ණත්වය ඉහළ නැංවීම සඳහා උණුසුම් එබීම සින්ටින් භාවිතා කිරීමෙන් ඔබට SIC පිඟන් මැටි වලින් 98% කට වඩා ity නත්වය සකස් කළ හැකිය. විවිධ සිප්ටර් ක්රම සහ ආකලන මගින් සකස් කරන ලද විවිධ පාරිශුද්ධභාවයකින් යුත් SIC සෙරමික්ස් හි තාප සන්නායකතාව 100 ~ 490W / (M K ME K) කාමර උෂ්ණත්වයේ දී. එස්අයිසීඅයික් පිඟන් මැටි වල පාර විද්යුත් නියතය ඉතා විශාල බැවින් එය අඩු සංඛ්යාත යෙදුම් සඳහා පමණක් සුදුසු වන අතර ඉහළ සංඛ්යාත යෙදුම් සඳහා සුදුසු නොවේ.

5. බෙරිලියා (බීඕ)

බීඕ යනු වර්ට්සිට් ව්යුහය වන අතර සෛලය cub න ස් stal ටික පද්ධතියකි. එහි තාප සන්නායකතාව ඉතා ඉහළ ය, කාමර උෂ්ණත්වයේ 99% ක භූමි ප්රමාණය, එහි තාප සන්නායකතාවයේ (තාප සන්නායකතාව) 310w / (m k'9), එකම සංශුද්ධතාවය al2o3 පිඟන් මැටි වල තාප සන්නායකතාව 100W පමණ වේ. ඉතා ඉහළ තාප හුවමාරු ධාරිතාවක් පමණක් නොව, ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් අවශ්ය වන ඉහළ බලශක්ති උපාංග සහ පරිපථ භාවිතා කිරීමේ වඩාත් අඩු පරිවරණය හා යාන්ත්රික ගුණාංග ද ඇත.

රූපය 5: බෙරිලියා හි ස් stal ටික ව්යුහය

බෙඕ හි ඉහළ තාප සන්නායකතාවය සහ අඩු පාඩු පිළිබඳ ලක්ෂණ මෙතෙක් සිදු වූ අතර වෙනත් පිඟන්තර ද්රව්ය මගින් මෙතෙක් අසමසම වේ, නමුත් බීඕ සතුව ඉතා පැහැදිලිව අඩුපාඩු ඇති අතර, එහි කුඩු ඉතා විෂ සහිත වේ.

මේ වන විට චීනයේ බහුලව භාවිතා වන සෙරමික් උපස්ථර ද්රව්ය ප්රධාන වශයෙන් AL22, ALN සහ SI3N4 වේ. LTCC තාක්ෂණයෙන් සෙරමික් උපස්ථරය ත්රිමාන ව්යුහයේ ප්රතිරෝධක, ධාරිත්රක සහ ප්රේරක වැනි උදාසීන සංරචක ඒකාබද්ධ කළ හැකිය. මූලික වශයෙන් ක්රියාකාරී උපාංග වන අර්ධ සන්නායක ඒකාබද්ධතාවයට හාත්පසින්ම වෙනස්ව, එල්.සී.සී.සී.