نيتريد الألومنيوم ونيتريد الألومنيوم

تُعد نيتريد الألومنيوم (AlN) مادة مثالية للاستخدام في التطبيقات الحرارية. وبفضل الموصلية الحرارية العالية وخصائص العزل والمعامل المنخفض لمعدلات التمدد الحراري، تُعد AlN خيارًا جذابًا لمادة آمنة بديلاً لأكسيد البريليوم في تطبيقات صناعة أشباه الموصلات وسهلة الاستخدام في الماكينات.

يمكن تشكيل الألومنيوم في حالته الخضراء أو البسكويتية أو الملبدة بالكامل للتشغيل الآلي. ومع ذلك، تتطلب المواد الملبدة بالكامل وقتًا إضافيًا ومهارة إضافية من أجل تلبية التفاوتات الصارمة.

موصلية حرارية عالية

إن التوصيل الحراري الممتاز لنتريد الألومنيوم يجعله مادة ممتازة لتبديد الحرارة في الأجهزة الإلكترونية. تُنتج الإلكترونيات الحديثة كميات كبيرة من الحرارة التي يجب تبديدها بسرعة؛ وتساعد خصائص العزل التي يتميز بها نيتريد الألومنيوم على ضمان عدم حدوث ارتفاع في درجة الحرارة، مما يزيد من الموثوقية مع مرور الوقت ويطيل عمر المكونات.

وتبلغ كثافة الألومنيوم 3.26 جم/سم3، بالإضافة إلى موصلية حرارية عالية للغاية تبلغ 170 وات/(م-ك)، أي أكثر من خمسة أضعاف كثافة الألومينا وتقترب من البيريليا من حيث التوصيل الحراري. ولكن، لسوء الحظ، يمكن أن تنخفض الموصلية الحرارية لـ AlN بسبب شوائب الأكسجين الموجودة في المساحيق الأولية أثناء عمليات التلبيد.

ولتحسين التوصيل الحراري، يتم خلط المسحوق بمساعدات التلبيد مثل CaO وY2O3. ثم يتم طحن الجسيمات إلى توزيع حجم جسيمات متناهية الصغر باستخدام مطحنة عالية الأداء، مما يتيح هياكل خزفية أكثر إحكامًا. وهذا يخلق هياكل خزفية كثيفة ذات خصائص عزل حراري ممتازة.

إن العزل الحراري والكهربائي الفائق لنيتريد الألومنيوم يجعله مادة ممتازة لتطبيقات MEMS، بما في ذلك المرشحات عالية التردد، وحاصرات الطاقة ومحولات الطاقة فوق الصوتية. وعلاوة على ذلك، فإن فجوة النطاق الواسعة، وتوافقها مع تقنية أشباه الموصلات من أكسيد الفلزات التكميلية (CMOS) وخصائصها الكهرضغطية الفائقة تجعل هذه المادة مناسبة للعديد من أجهزة MEMS مثل المرشحات عالية التردد ومستخلصات الطاقة ومحولات الطاقة ومحولات الطاقة فوق الصوتية. علاوة على ذلك، تسمح خواصها الميكانيكية بتشكيلها بسهولة.

عزل كهربائي عالي

مادة نيتريد الألومنيوم هي مادة خزفية غير سامة ذات توصيل حراري ممتاز وعزل كهربائي وخصائص تمدد منخفضة - مثالية لركائز تبديد حرارة الدوائر المتكاملة واسعة النطاق وتطبيقات التغليف. بالإضافة إلى ذلك، تقاوم هذه المادة غير السامة التآكل بالبلازما والتآكل الكيميائي ويمكن طلاؤها أو طلاؤها أو لحامها أو لحامها بالنحاس بسهولة - بالإضافة إلى أن روابط الألومنيوم-ن توفر مقاومة استثنائية ضد التآكل والأكسدة ومقاومة التعب.

يتميز السيراميك بتوصيل حراري وكثافة أعلى من نظرائه من الألومينا والبريليا، بينما يتميز بمعامل تمدد أقل من الألومينا للتطبيقات ذات درجات الحرارة الأعلى ومقاومة تآكل البلازما أعلى من معظم المعادن.

تبرز مادة نيتريد الألومنيوم كخيار جذاب في التطبيقات الإلكترونية بسبب تمددها الحراري المنخفض وخصائص العزل الكهربائي الممتازة، مما يوفر خيارًا بديلًا للبريليا في بعض الحالات. تجعل كثافته المنخفضة وخصائصه الكهربائية من نيتريد الألومنيوم مادة مناسبة بشكل خاص للمكونات التي تتطلب تفاوتات ضيقة مثل مكونات الترددات الراديوية.

تُعد نيتريد الألومنيوم (AlN) مادة جذابة لتطبيقات الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) مثل المرشحات عالية التردد ومستخلصات الطاقة، حيث تتميز بفجوات واسعة النطاق وخصائص كهروضغطية متوافقة مع تكنولوجيا أشباه الموصلات من أكسيد الفلزات التكميلية (CMOS). علاوة على ذلك، يمكن تشكيل الألمنيوم بسهولة بسبب انخفاض درجة انصهاره. ومع ذلك، فإن معدلات انكماشها بعد التلبيد يمكن أن تمثل تحديًا في الحفاظ على تفاوتات ضيقة مع هذه المادة.

قوة ميكانيكية عالية

ويتميز نيتريد الألومنيوم بقوة ميكانيكية استثنائية، مما يجعله مادة ممتازة لصنع ركائز خزفية لأشباه الموصلات. وباعتبارها واحدة من أقوى المواد الخزفية المستخدمة حاليًا - مع قوة ثني أعلى من كل من كربيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم - وبسبب خصائص التوصيل الحراري الممتازة التي تتميز بها، فإنها توفر أيضًا خصائص عزل كهربائي ممتازة.

إن المزيج الفريد من خصائص نيتريد الألومنيوم يجعله مثاليًا لتطبيقات الطاقة والإلكترونيات الدقيقة، وغالبًا ما يكون بديلًا لأكسيد البريليوم في الإلكترونيات بسبب المخاطر الصحية المرتبطة بالتعامل مع أكسيد البريليوم. علاوةً على ذلك، يتميز نيتريد الألومنيوم بمعامل تمدد حراري أقل بكثير مقارنةً بكل من الألومينا وأكسيد البريليوم، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تشغيلًا في درجات حرارة منخفضة.

أدت التطورات الحديثة في تكنولوجيا أشباه موصلات الطاقة إلى زيادة الحاجة إلى مواد بديلة يمكنها تبديد الحرارة بكفاءة. وقد ثبت أن مواد الركيزة الخزفية التقليدية، بما في ذلك أكسيد الألومنيوم (Al2O3) ونتريد السيليكون (Si3N4)، غير كافية في هذا الصدد، لذلك برز AlGalN كمرشح محتمل بسبب توصيله الحراري الفائق.

ولسوء الحظ، يتطلب التحول من الألومينا إلى ألغالن الألومنيوم تصنيعًا آليًا مكثفًا في جو من النيتروجين مع فترات زمنية طويلة لبعض الشركات المصنعة. للمساعدة في التغلب على هذه العقبة، طورت بعض الشركات منتجات الألمنيوم القابلة للتشغيل الآلي المصنعة على شكل قضبان يمكن تشكيلها دون استخدام أدوات الماس، وهي أكثر فعالية من حيث التكلفة من الألمنيوم النقي. يمكن أيضًا الحصول على هذه المنتجات القابلة للتشغيل الآلي من موردين متعددين مما يقلل من المهل الزمنية أكثر.

مقاومة عالية للأكسدة

نيتريد الألومنيوم (AlN) هو عبارة عن نيتريد صلب من الألومنيوم ذو موصلية حرارية عالية وخصائص عزل كهربائي ممتازة. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومة الألومنيوم نيتريد الألومنيوم للأكسدة والتآكل والتآكل تحميه من التلف الناتج عن ذوبان الألومنيوم وكذلك تآكل زرنيخيد الغاليوم؛ وعلاوة على ذلك، فهو غير سام.

يُعد البلاستيك الجوي مادة مثالية للتطبيقات في البيئات القاسية حيث يمكنه تحمل درجات الحرارة العالية والتآكل الكيميائي، مما يجعله المادة المثالية لتحمل الاهتزازات والإجهاد مع بقائه موصلًا للكهرباء ومقاومًا للأشعة فوق البنفسجية. علاوة على ذلك، يمكن أيضًا تحمّل الفولتية العالية في حين أن قوته الميكانيكية تجعله مناسبًا لمقاومة الاهتزازات والإجهاد أيضًا. وأخيراً، تجعل الموصلية الكهربائية ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية من هذا البلاستيك مادة ممتازة.

يمكن تشكيل هذه المادة باستخدام أدوات التصنيع القياسية، مما يوفر قوة ميكانيكية ممتازة وقابلية تشغيل آلي ممتازة. وعلاوة على ذلك، فإن كثافتها المنخفضة تجعلها مناسبة للمكونات خفيفة الوزن والأنظمة الفرعية للفضاء، في حين أنها أكثر متانة من الألومنيوم العام FR-4 أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصبوبة بالنحاس.

استُخدم مقياس الطيف الطيفي متغير الزاوية Woollam (لينكولن، شمال شرق الولايات المتحدة الأمريكية) لتوصيف عينات S1 وS4 من الألومنيوم/السيليوم بسماكات مختلفة باستخدام مسبار XPS، حيث تم قياس طاقة الربط الكهروضوئي N 1s بذروة ارتباط الإلكترون الضوئي ب 396 2eV والتي تتوافق بشكل جيد مع البيانات التجريبية.

توفر مادة نيتريد الألومنيوم الناعم Shapal Hi M من Tokuyama قابلية تشغيل ميكانيكية فائقة وقوة ميكانيكية عالية، ويتم تصنيعها من خلال عملية فريدة من نوعها تضيف نيتريد البورون لزيادة الصلابة - وهي مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات.