Алуминиев нитрид и алуминиев нитрид

Алуминиевият нитрид (AlN) е идеален материал за използване в термични приложения. С високата си топлопроводимост, изолационни свойства и ниски стойности на коефициента на термично разширение AlN представлява привлекателен избор на материал, който е безопасна алтернатива на берилиевия оксид в приложенията на полупроводниковата индустрия и е лесен за обработка.

AlN може да се обработва в зелено, бисквитено или напълно спечено състояние за механична обработка. Напълно спеченият материал обаче изисква допълнително време и умения, за да се спазят строгите допуски.

Висока топлопроводимост

Отличната топлопроводимост на алуминиевия нитрид го прави отличен материал за отвеждане на топлината в електронни устройства. Съвременната електроника произвежда големи количества топлина, която трябва да се разсейва бързо; изолационните свойства на алуминиевия нитрид помагат да не се стига до прегряване, което повишава надеждността във времето и удължава живота на компонентите.

Плътността на AlN е 3,26 g/cm3, а топлопроводимостта му е изключително висока - 170 W/(m-K), повече от пет пъти по-голяма от тази на алуминиевия оксид и близка до тази на берилия по отношение на топлопроводимостта. За съжаление обаче топлопроводимостта на AlN може да бъде намалена от кислородни примеси, съдържащи се в изходните прахове по време на процесите на синтероване.

За да се подобри топлопроводимостта, прахът се смесва с помощни вещества за синтероване като CaO и Y2O3. След това частиците се смилат до ултрафино разпределение на размерите с помощта на високопроизводителна мелница, което позволява по-плътно опаковане на керамичните структури. По този начин се създават плътни керамични структури с отлични топлоизолационни свойства.

Превъзходната термична и електрическа изолация на алуминиевия нитрид го прави отличен материал за MEMS приложения, включително високочестотни филтри, енергосъбиращи устройства и ултразвукови преобразуватели. Освен това неговата широка лентова междина, съвместимостта му с технологията за комплементарни металооксидни полупроводници (CMOS) и отличните пиезоелектрични свойства правят този материал подходящ за много MEMS устройства, като високочестотни филтри, енергосъбиращи устройства и ултразвукови преобразуватели. Освен това механичните му свойства позволяват лесното му формоване.

Висока електрическа изолация

Алуминиевият нитрид е нетоксичен керамичен материал с отлична топлопроводимост, електрическа изолация и ниско разширение - идеален за субстрати за разсейване на топлината на големи интегрални схеми и приложения за опаковане. Освен това този нетоксичен материал е устойчив на плазмена ерозия и химическа корозия и лесно се метализира, покрива, споява или припоява на място - освен това връзките му с Al-N осигуряват изключителна устойчивост срещу корозия, окисляване и умора.

Керамиката има по-висока топлопроводимост и плътност от своите аналози от алуминий и берилий, като същевременно се отличава с по-нисък коефициент на разширение от алуминия за приложения при по-високи температури и по-добра устойчивост на плазмена ерозия от повечето метали.

Алуминиевият нитрид се откроява като привлекателен вариант в електронните приложения поради ниското си термично разширение и отличните си електроизолационни свойства, като в някои случаи представлява алтернативен избор на берилия. По-ниската му плътност и електрическите му свойства правят алуминиевия нитрид особено подходящ материал за компоненти, изискващи строги допуски, като например радиочестотни компоненти.

Алуминиевият нитрид (AlN) е атрактивен материал за приложения в микроелектромеханични системи (MEMS), като например високочестотни филтри и устройства за събиране на енергия, с широки лентови разстояния и пиезоелектрични свойства, съвместими с технологията на допълнителните метални оксидни полупроводници (CMOS). Освен това AlN може лесно да се обработва поради ниската си температура на топене. Въпреки това, скоростта на свиване след синтероване може да се окаже предизвикателство при поддържането на тесни допуски с този материал.

Висока механична якост

Алуминиевият нитрид се отличава с изключителна механична якост, което го прави отличен материал за създаване на керамични субстрати за полупроводници. Като един от най-здравите керамични материали, използвани в момента - с по-висока якост на огъване от силициевия карбид и алуминиевия оксид - и поради отличните си свойства на топлопроводимост, той предлага и отлични електроизолационни свойства.

Уникалната комбинация от свойства на алуминиевия нитрид го прави идеален за приложения в енергетиката и микроелектрониката и често служи като алтернатива на берилиевия оксид в електрониката поради рисковете за здравето, свързани с работата с BeO. Освен това алуминиевият нитрид се отличава с много по-нисък коефициент на термично разширение в сравнение с алуминиевия оксид и берилиевия оксид, което го прави подходящ за приложения, изискващи работа при ниски температури.

Неотдавнашният напредък в технологията на силовите полупроводници породи повишена нужда от алтернативни материали, които могат ефективно да разсейват топлината. Традиционните керамични материали за подложки, включително алуминиев оксид (Al2O3) и силициев нитрид (Si3N4), се оказаха недостатъчни в това отношение, така че AlGalN се появи като потенциален кандидат поради своята отлична топлопроводимост.

За съжаление, преминаването от алуминий към AlGalN изисква продължителна обработка в азотна атмосфера, като при някои производители времето за изпълнение е дълго. За да помогнат за преодоляването на това препятствие, някои компании са разработили обработваеми продукти от AlN, произвеждани като заготовки, които могат да се обработват без използване на диамантени инструменти и са по-рентабилни от чистия AlN. Тези продукти, които могат да се обработват, могат да бъдат получени от множество доставчици, което още повече съкращава сроковете за доставка.

Висока устойчивост на окисляване

Алуминиевият нитрид (AlN) е твърд нитрид на алуминия с висока топлопроводимост и отлични електроизолационни свойства. Освен това устойчивостта на AlN на окисление, абразия и корозия го предпазва от повреди при топене на алуминий, както и от корозия на галиев арсенид; освен това той е нетоксичен.

Атмосферната пластмаса е идеален материал за приложения в тежки условия, тъй като може да издържа на високи температури и химическо износване, което я прави идеален материал, издържащ на вибрации и стрес, като същевременно остава електропроводим и устойчив на UV лъчение. Освен това може да понася и високи напрежения, докато механичната ѝ здравина я прави подходяща да устоява и на вибрации и стрес. И накрая, електропроводимостта и устойчивостта на ултравиолетово излъчване правят тази пластмаса отличен материал.

Този материал може да се обработва със стандартни инструменти за обработка, като предлага отлична механична якост и възможност за обработка. Освен това ниската му плътност го прави подходящ за леки компоненти и аерокосмически подсистеми, като същевременно е по-издръжлив от общите алуминиеви или медни печатни платки с FR-4.

Спектроскопският елипсометър с променлив ъгъл Woollam (Lincoln, NE USA) беше използван за характеризиране на S1 и S4 AlN/Si образци с различни дебелини на филма с помощта на XPS сонда, като енергията на свързване на N 1s фотоелектронния пик беше измерена като 396 2eV, което съответства добре на експерименталните данни.

Материалът Shapal Hi M Soft на Tokuyama от алуминиев нитрид предлага превъзходна обработваемост и механична якост, произведен чрез уникален процес, при който се добавя борен нитрид за по-голяма твърдост - идеален за голямо разнообразие от приложения.