في صناعة الإلكترونيات سريعة التغير اليوم، تعتبر المواد الركيزة الخزفية بمثابة أساس رئيسي لدعم الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء، ويؤثر أدائها وخصائصها بشكل مباشر على الأداء العام وموثوقية المنتجات الإلكترونية. من سيراميك الألومينا المبكر إلى نيتريد الألومنيوم ونيتريد السيليكون وغيرها من المواد الجديدة، شهد تطوير المواد الأساسية الخزفية التقدم المستمر والابتكار في العلوم والتكنولوجيا. ستأخذك هذه المقالة لاستكشاف المزايا الفريدة وآفاق التطبيق لهذه المواد الأساسية الخزفية، وخاصة كيف تبرز سيراميك نيتريد الألومنيوم ونيتريد السيليكون في حل تبديد حرارة الأجهزة عالية الطاقة وبيئة تبديد الحرارة عالية الكثافة مع أدائها الممتاز. ، وأصبحت مادة هامة لا غنى عنها في صناعة الإلكترونيات الحديثة.
ركيزة الألومينا، باعتبارها رائدة في الركيزة الخزفية، تم تطويرها بنجاح بواسطة شركة سيمنز في ألمانيا منذ عام 1929 ودخلت الإنتاج الصناعي في عام 1933، بفضل سعرها المنخفض واستقرارها الممتاز وعزلها الجيد وخصائصها الميكانيكية، وقد احتلت منذ فترة طويلة مكانة مهيمن في مجموعة واسعة من التطبيقات. ومع ذلك، فإن الموصلية الحرارية المنخفضة نسبيًا ومعامل التمدد الحراري الذي لا يتطابق مع Si يحد من تطويرها الإضافي في المنتجات الإلكترونية عالية الطاقة، ويستخدم بشكل أساسي في مجال تعبئة الدوائر ذات الجهد المنخفض ومنخفضة التكامل.
في وقت لاحق، على الرغم من أن ركائز BeO تميزت بموصليتها الحرارية العالية، أصبحت مشكلة السمية عقبة لا يمكن التغلب عليها، ولم يتم حظرها في اليابان فحسب، بل تم أيضًا تقييدها بشدة في أوروبا، مما أعاق بشكل كبير تطبيقها على نطاق واسع .
في المقابل، على الرغم من أن بلورة SiC المفردة تتمتع بموصلية حرارية مذهلة، إلا أن الموصلية الحرارية للسيراميك متعدد البلورات SiC تنخفض بشكل كبير بسبب الاختلاف في اتجاه الحبوب، إلى جانب ضعف أداء العزل وفقدان العزل الكهربائي العالي، مما يجعل البحث يتقدم في مجال مواد لوحة الدائرة الكهربائية بطيئة.
في ظل هذه الخلفية، تظهر سيراميك نيتريد الألومنيوم ونيتريد السيليكون تدريجيًا بمزايا الأداء الفريدة الخاصة بهما. ركيزة نيتريد الألومنيوم مع موصليتها الحرارية العالية الممتازة (القيمة النظرية تصل إلى 320 وات/ (م·ك)، وتتراوح الموصلية الحرارية للمنتجات التجارية أيضًا بين 180 وات/ (م·ك) ~260 وات/ (م·ك) ) أصبحت مادة أساسية لحل مشكلة تبديد الحرارة للأجهزة عالية الطاقة، ومنذ الثمانينيات، في ظل تشجيع البلدان المتقدمة، وخاصة اليابان، تطورت بسرعة إلى جيل جديد من مواد التعبئة والتغليف الخزفية المتقدمة. تضمن قوتها الميكانيكية العالية وثباتها الكيميائي التشغيل المستقر في البيئات القاسية.
ركائز نيتريد السيليكون ، بعد تجربة المرحلة المبكرة من التوصيل الحراري الذي تم التقليل من شأنه، من خلال البحث العلمي وتحسين العملية، تم تحسين الموصلية الحرارية بشكل كبير، حيث تجاوزت 177 واط / (م·ك)، مع الحفاظ على معامل منخفض جدًا للتمدد الحراري (3.2×10−) 6/)، لتصبح واحدة من أكثر مواد الركيزة الخزفية الممتازة ذات الأداء الشامل. تُظهر قوة الانحناء الممتازة ومقاومة التآكل قدرة تنافسية غير عادية في بيئة تبديد الحرارة عالية الكثافة.
باختصار، يعد سيراميك نيتريد الألومنيوم هو الخيار الأفضل لتبديد الحرارة للأجهزة عالية الطاقة بسبب الموصلية الحرارية العالية ومعامل التمدد الحراري المطابق لمواد أشباه الموصلات. إن سيراميك نيتريد السيليكون، مع مزايا الأداء الشاملة، يقود الطريق في البيئات الحرارية الصعبة. معًا، يقود الاثنان المواد الأساسية الخزفية إلى أداء أعلى ونطاق أوسع من التطبيقات.
