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Guida alla scelta dei substrati in nitruro di alluminio: conducibilità termica, spessore, finitura superficiale e qualificazione

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Substrato in nitruro di alluminio

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Iniziare dal bilancio della resistenza termica
La scelta del substrato in nitruro di alluminio parte dall’aumento di temperatura ammissibile, dalla perdita di potenza del dispositivo e dal percorso del flusso termico. È necessario stabilire quale contributo in termini di resistenza termica possa dare lo strato ceramico, tenendo conto del fissaggio del die, della metallizzazione, delle interfacce e della struttura di raffreddamento.

Per una conduzione stazionaria e unidimensionale attraverso uno strato uniforme:

Rth = t / (k × A)

Qui, Rth è la resistenza termica in K/W, t è lo spessore in metri, k è la conduttività termica in W/(m·K) e A è l’area di trasferimento termico della sezione trasversale in m². La differenza di temperatura attraverso questo strato è ΔT = Q × Rth, dove Q è il calore che lo attraversa in watt.

Utilizzare questa relazione per confrontare i progetti candidati. Una piccola fonte di calore su un substrato più grande introduce una diffusione laterale del calore, pertanto né l’intera area del substrato né l’ingombro del dispositivo dovrebbero essere automaticamente considerati come un’area di conduzione uniforme. Le previsioni definitive della temperatura richiedono un modello termico appropriato o misurazioni sul dispositivo assemblato.

Scegliere lo spessore tenendo conto dell’isolamento e della producibilità
A conduttività e area costanti, la resistenza dello strato ceramico è proporzionale allo spessore. Riducendo lo spessore da 0,635 a 0,38 mm, tale resistenza si riduce di circa il 40%. Ciò può rappresentare un’utile alternativa alla modifica del grado di conduttività, a condizione che la parte più sottile soddisfi i requisiti elettrici e meccanici.

Un substrato più sottile modifica anche le condizioni di movimentazione, serraggio, separazione e assemblaggio. Verificare la campata di supporto, la geometria dei fori e dei bordi, le sollecitazioni da metallizzazione e i danni durante il trasferimento. La rigidità dielettrica del materiale da sola non determina una tensione di esercizio sicura: occorre valutare anche la geometria degli elettrodi, le distanze di isolamento, la forma d’onda della tensione, la durata del test e il sistema di isolamento assemblato.

Scegliere il formato del pannello in base alle apparecchiature a valle e all’area utilizzabile. Un pannello di produzione da 138 × 190 mm può essere un punto di partenza, ma il layout ottimale dipende dalle esclusioni dei bordi, dalle caratteristiche delle attrezzature e dai margini di taglio. Confrontare il costo per pezzo finito accettato, includendo la lavorazione, l’ispezione e la resa, piuttosto che il solo costo per pannello.