Аннотация
Введение 4
1 Техническое описание 6
1.1 Приборы и материалы 6
1.2 Синтез наполнителя для теплопроводящих составов 7
1.3 Применение нитрида алюминия в качестве компонента термопасты 10
1.4 Выводы по экспериментальной части 15
2 Оценка стоимости прав на РИД 16
3 Оценка рынка теплопроводящих материалов РФ 19
4 Оценка перспективы коммерциализации продукта 22
5 Экология и устойчивое развитие 26
6 Инженерная этика 27
Заключение 29
Список использованных источников 30
Приложение А 34
Как известно, одной из наиболее частых причин поломки электронных приборов является перегрев ввиду неэффективного отведения тепла. Это связано со стремительным уменьшением размеров и увеличения мощности электронных компонентов. Увеличение плотности выделяемой мощности, достигающей десятков кВт/см2, и повышение рабочей температуры приборов требует разработки эффективного и максимально быстрого способа рассеивания тепла выделившегося в процессе работы современных электрических устройств для поддержания щадящего режима эксплуатации [1 - 6]. Использование новых полупроводниковых материалов, таких как SiC, GaN, позволяет увеличить рабочие температуры до +300 °C. Однако, уже при +120 - 150 °C могут возникать отказы отказа приборов и интегральных микросхем. При экстремальных температурах отвод тепла от поверхности чипа и корпуса прибора превращается в серьезную проблему. Эффективность работы систем охлаждения становится решающей при проектировании приборов силовой электроники. Назревает необходимость в применении новых материалов с улучшенными теплопроводящими свойствами.
Для передачи тепла от электронного компонента, например транзистора, к системе охлаждения используют различные термоинтерфейсы [7 - 10]. Их основное назначение заключается в уменьшении термического сопротивления между двумя соприкасающимися поверхностями, тем самым улучшая теплообмен. При снижении габаритов и увеличении плотности мощности, требуется все более эффективные теплопроводящие интерфейсы для отвода тепла на элементы охлаждения. В качестве таких интерфейсов часто используют теплопроводящие пасты. Теплопроводящая паста способствует удалению воздушных промежутков, возникающих из-за неровностей, на контактирующих поверхностях, тем самым обеспечивая плотное соединение и эффективный теплообмен. Обычно такие пасты состоят из полимерной матрицы и смешанного с ней теплопроводящего наполнителя. В качестве полимерной матрицы широко используют кремнийорганические соединения, которые полностью смачивают контактируемые поверхности, имеют низкую поверхностную энергию и относительно высокую термическую стабильность. В качестве теплопроводных наполнителей могут быть использованы порошки оксида алюминия, алюминия, нитрида алюминия, углеродные нанотрубки, нитрид бора, карбида кремния, меди, оксида цинка, серебра, графена и т.д. [11 - 22] Из перечисленных наполнителей, нитрид алюминия вызывает набольший интерес, из-за сочетания высокой теплопроводности (до 280 - 320 Вт/(м K)) и низкой электропроводности [23].
Для синтеза AlN разработано несколько технологий [24]. На наш взгляд наиболее подходящим способом синтеза нитрида алюминия является метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза или синтез горением [24, 25]. Данный способ азотирования основан на проведение высокоэкзотермичных химических реакций в форме волны горения распространяющийся в режиме самораспространения. СВС характеризуется энергоэффективностью, малым временем синтеза, экологичностью и простотой оборудования [26, 27].
Таким образом, целью данной работы является синтез нитрида алюминия стадийным азотированием алюминия в режиме горения и использование этого материала на разных стадиях азотирования в качестве наполнителя для термопаст. Термопасты находят широкое применение при изготовлении изделий микроэлектроники, светодиодных элементов, компьютерной техники, а также нагревательных устройств. И поэтому, основными потребителями разработки могут быть производители LED-ламп и промышленных светильников, силовой электроники, автомобильных блоков управления и представители других отраслей, где важно эффективное охлаждение электронных компонентов.
Проведенные исследования показали, что:
1. Полученные материалы основе AlN c различной степенью азотирования могут быть использованы в качестве наполнителей для термопаст.
2. Увеличение содержания фазы AlN с 67 до 99 мас. % приводит к снижению теплопроводности на 32 % и росту удельного электрического сопротивления термопаст в 14 раз. В соответствии с литературными данными эффективность термопасты на основе полученного нитрида алюминия методом СВС возможно значительно увеличить путем более тонкого измельчения наполнителя.
3. Характеристики полученных теплопроводящих материалов соизмеримы с коммерческими продуктами как импортного, так отечественного производства.
4. Используя затратный подход, можно рассчитать рыночную стоимость ОИС, которая составляет 898 тыс. руб, на момент проведения исследования.
5. Существует стабильный спрос на теплопроводящие материалы на рынке РФ, объем рынка составляет не менее 2 млрд. руб. в год. Однако, потенциал коммерциализации проекта, оцененный по методологии TPRL, находится на низком уровне из-за недостаточных компетенций команды по выводу готового продукта на рынок.
