الإنجليزية
منذ فجر القرن الحادي والعشرين، كان عالم الإلكترونيات في حالة من التغير المستمر. وقد أدى النمو المتفجر للتكنولوجيا الإلكترونية إلى زيادة ملحوظة في كثافة تكامل وتجميع المكونات. غير أن هذا التقدم طرح أيضا تحديا كبيرا: تبديد الحرارة. وقد جعلت كثافة الطاقة المتصاعدة داخل الأجهزة الإلكترونية صغيرة الحجم من الإدارة الفعالة للحرارة أمرًا ضروريًا لتحقيق أفضل أداء وموثوقية.
خذ على سبيل المثال تغليف الصمام الثنائي الباعث للضوء عالي الطاقة. يتم تحويل 20% إلى 30% فقط من الطاقة المدخلة إلى ضوء مفيد، في حين يتم تبديد 70% إلى 80% المتبقية في صورة حرارة. إذا لم تدار بشكل صحيح، هذه الحرارة يمكن أن تسبب سلسلة من المشاكل. يمكن أن ترتفع درجة الحرارة الداخلية للجهاز، مثل قدر الضغط على حافة الانفجار. هذه الحرارة المفرطة لا تقلل من أداء الجهاز فحسب، بل تقلل أيضًا بشكل كبير من عمر الجهاز. تصبح المعلمات الكهربائية غير مستقرة، إرسال الإشارة مشوه ومتأخر، وفي أسوأ السيناريوهات، الجهاز قد يعاني من ضرر لا رجعة فيه، مما يؤدي إلى تعطل كامل للنظام.
ولمعالجة معضلة تبديد الحرارة هذه، برزت الركيزة التغليفية كمكون أساسي. وظيفتها الأساسية هي العمل كقناة، وإزالة الحرارة المتولدة عن الرقاقة بكفاءة وتسهيل تبادلها مع البيئة الخارجية. ومن بين المواد المختلفة التي تتنافس على هذا الدور، برزت المواد الخزفية. وقد جعل توليفها الفريد من الخصائص، بما في ذلك الموصلية الحرارية العالية، والمقاومة الممتازة للحرارة، والعزل الرائع، والقوة الميكانيكية القوية، والمطابقة الحرارية المناسبة مع مواد الرقائق، الاختيار المفضل لركائز تغليف أجهزة الطاقة.
تقليديا، شملت الركائز الخزفية المستخدمة بشكل شائع: Al للمباريين، و SiC، و BeO. وقال إن للمخيم الخزافي للمخيم، بتاريخه الطويل وتكنولوجيا إعداده الناضجة، فعال من حيث التكلفة ويستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن الموصلية الحرارية من 17 إلى 25 واط/(m·K) أثبتت أنها غير كافية للدوائر الحديثة عالية التردد، عالية الطاقة، عالية التكامل. وعلاوة على ذلك، أدى ضعف معامل التمدد الحراري المطابقة مع مواد أشباه الموصلات مثل السليكون والغاليسيوم إلى ضغوط داخلية أثناء تقلبات درجات الحرارة، والحد من تطبيقها في الإلكترونيات الراقية.
تتباهى الركائز السيراميكية SiC بقدرة توصيلية حرارية عالية نسبيا ومعامل تمدد حراري مواز بشكل وثيق مع Si الذي يعد بالتكامل مع الأجهزة القائمة على Si. ومع ذلك، فقد أدت خاصية العزل الضعيفة الخاصة بها إلى تداخل الإشارات وتوهينها، مما جعلها أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب سلامة إشارة عالية. بالإضافة إلى ذلك، كان إنتاج ركازات SiC كثيف الطاقة ومكلف، وكان تحقيق منتج كثيف وخالٍ من العيوب أمرًا صعبًا. تقتصر هذه العيوب على ركائز SiC في التطبيقات المتخصصة.
كانت الركيزة السيراميكية BeO مرشحة واعدة بسبب توصيلها الحراري مقارنة مع AlN. ومع ذلك، فإن معامل التمدد الحراري العالي وسمية مسحوق بيو أدي إلى سقوطه. تسبب سلوك التوسع غير المتوافقة الإجهاد وعدم الاستقرار في الأجهزة، وشكلت السمية مخاطر صحية وبيئية خطيرة. ونتيجة لذلك، حظرت معظم الدول استخدامه.
وقد ظهر نتريد الألومنيوم، على وجه الخصوص، كنجم في عالم الركازة الخزفية، وأسر المهندسين والعلماء بخصائصه الرائعة.
نيتريد الألومنيوم لديه موصلية حرارية استثنائية في درجة حرارة الغرفة، الموصلية الحرارية النظرية يمكن أن تصل إلى 320 واط/(م · ك)، 8 -10 مرات من سيراميك الألومينا. حتى في الإنتاج الفعلي، فإنه يمكن تحقيق الموصلية الحرارية الملحوظة تصل إلى 200 واط/(م · ك). وهذا يتيح نقل الحرارة بكفاءة، مثل الطريق السريع للطاقة الحرارية. وهو يضمن إزالة الحرارة بسرعة من الرقاقة، والحفاظ على درجة حرارة تشغيل مستقرة. وهذا بدوره يعزز من أداء الجهاز، ويقلل من خطر الأعطال الناجمة عن الحرارة، ويوسع الجهاز#عمر 39 سنة.
معامل التمدد الخطي لنيتريد الألومنيوم هو متواضع 4.6 فيتو 10 من شرائح/ك، الذي يتطابق بشكل وثيق مع Si و GaAs. نمط تنوعها هو أيضا في انسجام مع سي. يضمن توافق التمدد الحراري التنسيق السلس بين الرقاقة والركيزة أثناء تغيرات درجة الحرارة، ومنع الإجهاد الداخلي وحماية الجهاز#39. السلامة الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن المطابقة الشبكية بين نتريد الألومنيوم و الجاليوم هي ميزة كبيرة. في أجهزة أشباه الموصلات، المحاذاة الشبكية المناسبة أمر بالغ الأهمية للأداء الكهربائي الأمثل. نترات الألومنيوم#تتطابق شبكة 39;s مع الجاليوم تمكن من تشكيل هياكل التوصيل غير المتجانس عالية الجودة، وتعزيز حركة الإلكترون، وتسريع أوقات التبديل، والحد من استهلاك الطاقة.
يحتوي سيراميك نتريد الألومنيوم على فجوة طاقة بعرض 6.2 إلكترون فولت، مما يمنحه خصائص عزل ممتازة. في تطبيقات الصمام الثنائي الباعث للضوء عالية الطاقة، فإنه يلغي الحاجة إلى معالجات عزل إضافية، وتبسيط عملية التصنيع. وهذا يؤدي إلى انخفاض تكاليف الإنتاج، وزيادة كفاءة الإنتاج، وتحسين أداء الجهاز وثباته. يتم تحقيق التحكم الدقيق في توصيل التيار وانتقالات الإلكترون، مما يقلل من مخاطر الأعطال الكهربائية وضمان التشغيل الموثوق به.
نترات الألومنيوم#بنية فورتزيت 39;s wurtzite المترابطة مع بعضها البعض بروابط تساهمية قوية، تعطيها خصائص ميكانيكية ملحوظة. ويمكنه تحمل صرامة التصنيع والتشغيل، بما في ذلك ضغوط التغليف، والضغط الناجم عن درجة الحرارة، والاهتزازات، والتأثيرات. ويكمل ذلك استقرارها الكيميائي البارز. ويظل غير متأثر بالبيئات الحمضية أو القلوية ويمكنه تحمل درجات حرارة عالية تصل إلى 1000 درجة مئوية في الهواء و 1400 درجة مئوية في الفراغ. وهذا الثبات الحراري لا يسهل التلبد بدرجات الحرارة العالية فحسب، بل يضمن أيضا ملاءمته لخطوات المعالجة اللاحقة.
تتوسع تطبيقات ركائز نيتريد الألومنيوم في مختلف المجالات.
يجب أن تعمل الهوائيات بشكل موثوق في مجموعة واسعة من البيئات. وقد ظهرت لوحات الدوائر القائمة على السيراميك AlN كخيار أعلى. ثابت العزل المنخفض يقلل من خسائر التردد العالي، مما يضمن إرسال إشارة واضحة. طبقة الغشاء المعدنية ذات المقاومة المنخفضة والالتصاق الممتاز توصل الكهرباء بكفاءة، وتولد الحد الأدنى من الحرارة. توفر القاعدة السيراميكية عزلا عاليا، مما يحمي الدوائر الحساسة من التقوس الكهربائي والدوائر القصيرة. وعلاوة على ذلك، فإن قدرات التغليف عالية الكثافة للوحات الدارات الخزفية من طراز AlN تلبي متطلبات الإلكترونيات الحديثة للتصغير وتعدد الوظائف.
وتتطلب أجهزة MCMs، ذات أهمية حاسمة في التطبيقات الفضائية والعسكرية، تبديدًا حراريًا فعالاً. يستخدم البديل MCM-C في كثير من الأحيان بنية خزفية متعددة الطبقات، ويستفيد من سيراميك AlN#موصلية حرارية عالية. فهو يزيل الحرارة بكفاءة من مكونات الإلكترونيات الدقيقة، مما يقلل من خطر الأعطال الناجمة عن الحرارة الزائدة. في الفضاء والتطبيقات العسكرية، تحافظ الركازات الخزفية AlN على سلامة ووظيفة الإلكترونيات على متن الطائرة، حتى في مواجهة الأشعة الكونية، التقلبات الشديدة في درجات الحرارة، وفراغ الفضاء.
في مجال أجهزة أشباه الموصلات عالية الحرارة، يعتبر SiC مادة رائدة. في هندسة الفضاء الجوي، تعمل أجهزة الاستشعار والمكونات SiC بدقة في البيئات عالية الحرارة. بالنسبة للتغليف الإلكتروني ذي درجة الحرارة العالية، يفضل سيراميك ألن على ثاني أكسيد الكربون نظراً لناقليته الحرارية الفائقة ومطابقة معامل التمدد الحراري مع SiC. يضمن نقل الحرارة السلس، وضمان التشغيل الثابت والسلامة الهيكلية لأجهزة SiC في درجات الحرارة العالية.
وتولد وحدات أشباه الموصلات العاملة بالطاقة حرارة كبيرة أثناء التشغيل. الركيزة الخزفية AlN مع الموصلية الحرارية العالية، هو الخيار المثالي لتبديد الحرارة. في إلكترونيات السيارات، وخاصة في وحدات IGBT في أنظمة قيادة المركبات الكهربائية، تساعد الركيزة الخزفية AlN على الحفاظ على الوحدة#درجة حرارة التشغيل المثلى 39. وهذا يعزز من أداء قدرة السيارة، ويوسع نطاق الطيران، ويحسن من استقرار وسلامة النظام الإلكتروني في السيارات، وتوفير تجربة قيادة أكثر موثوقية.
وتواجه المصابيح تحديات تبديد الحرارة التي يمكن أن تحد من عمرها الافتراضي. الركائز الخزفية AlN تعمل كمدراء حرارة فعالة في تغليف الدايود المبتعث للضوء. فهي تنقل بسرعة الحرارة بعيدا عن رقاقة LED، مما يقلل من خطر الضرر الناجم عن الحرارة المفرطة. في تطبيقات الإضاءة التجارية والخارجية، الركائز الخزفية AlN يضمن التشغيل الموثوق والمستمر لمصابيح LED، والحد من تكاليف الصيانة والاستبدال وتوفير بيئة إضاءة ثابتة.
في الصين، الركائز الخزفية لنيتريد الألومنيوم حاليا لديها نطاق تطبيق ضيق نسبيا مقارنة مع الركائز الخزفية الألومنيوم. عملية الإنتاج تقنية للغاية وتتطلب تحكمًا دقيقًا ومعدات متطورة. حتى الانحرافات الطفيفة في معلمات العملية يمكن أن تؤثر على جودة المنتج. بالإضافة إلى ذلك، فإن تكلفة الركائز الخزفية لنيتريد الألومنيوم عالية نسبيا، مما يجعلها أقل جاذبية للمؤسسات الحساسة للتكلفة.
ومع ذلك، مع تقدم تكنولوجيا صناعة المعلومات الإلكترونية، يتزايد الطلب على أجهزة إلكترونية أصغر وأكثر قوة ومتكاملة وظيفيًا. السوق#39; كما أن توقعات التبديد الحراري والمقاومة العالية الحرارة لمواد التغليف آخذة في الارتفاع. الركائز الخزفية لنيتريد الألومنيوم، بخصائصها الممتازة، في وضع جيد لتلبية هذه المتطلبات المتطورة.
وسوف تركز أنشطة البحث والتطوير في المستقبل في مجال الركائز الخزفية لنيتريد الألومنيوم على عدة مجالات رئيسية. أولا، ستبذل الجهود لتعظيم عملية التحضير. ويشمل ذلك استكشاف تقنيات تلبيد مبتكرة للحد من استهلاك الطاقة وتقصير دورات الإنتاج. ويمكن استخدام أساليب تدفئة جديدة أو مصادر طاقة بديلة. بالإضافة إلى ذلك، سيتم صقل تقنيات التشكيل عالية الدقة لتحسين اتساق الركيزة واستقرارها.
ثانيا، سيدرس العلماء والمهندسون العلاقة بين البنية المجهرية لخزفيات نتريد الألومنيوم وأدائها. من خلال فهم هذه العلاقة، يمكن استخدام استراتيجيات مثل المنشطات مع عناصر محددة أو إنشاء مواد مركبة لزيادة تعزيز خصائص نيتريد الألومنيوم. على سبيل المثال، قد تزيد المنشطات مع العناصر الأرضية النادرة من الموصلية الحرارية، أو الجمع مع مواد أخرى يمكن أن يحسن القوة الميكانيكية ومقاومة الصدمات الحرارية.
وعلاوة على ذلك، تم تعيين آفاق تطبيق الركائز الخزفية نيتريد الألومنيوم للتوسع. في الحوسبة الكمومية، يمكن أن توفر تحكم دقيق في درجة الحرارة وتبديد حراري فعال لرقائق الكم، وتحسين دقة وكفاءة الحوسبة. أما في رقائق الذكاء الاصطناعي، فإنها ستتعامل مع الحرارة الشديدة المتولدة، مما يمكن من تحقيق أعلى أداء ودفع تطوير تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي. في الإضاءة الموفرة للطاقة، سيصبح تطبيقها في إضاءة الصمام الثنائي الباعث للضوء أكثر انتشارا، مما يعزز من كفاءة الطاقة وإطالة العمر. ومع ازدهار صناعة سيارات الطاقة الجديدة، سيتعزز دورها في إلكترونيات السيارات، مما يسهم في أداء السيارات وموثوقيتها، ويسرع التحول العالمي إلى الطاقة الخضراء.
في الختام، الركائز الخزفية لنيتريد الألومنيوم على وشك رحلة رائعة. فهي تمتلك خصائص فريدة وإمكانات تطبيق متنوعة، مما يجعلها قوة لا يستهان بها. إنها مسألة وقت فقط قبل أن تتبوأ مكانتها الصحيحة كرائدة في مجال مواد الركازة الإلكترونية، وتوجيه الصناعة نحو عصر جديد من التميز والابتكار التكنولوجيين.
قدم طلبك،
سنتصل بك في أسرع وقت ممكن
شركة سانشين للمواد الجديدة، المحدودة تركز على إنتاج وبيع الخرز الخزفي وأجزاء مثل وسائط الطحن، والخرز الناسف، والكرة الحاملة، والجزء الإنشائي، والبطانات المقاومة للتآكل الخزفي، والجسيمات النانوية المسحوق النانوي
الإنجليزية
الروسية
الفرنسية
الإسبانية
البرتغالية
العربية