Nitrid aluminija i Nitrid aluminija

Aluminij-nitrid (AlN) je idealan materijal za primjenu u termalnim aplikacijama. Sa visokom toplotnom provodljivošću, izolacionim svojstvima i niskim koeficijentom toplotnog širenja, AlN predstavlja atraktivnu materijalnu opciju koja je sigurna alternativa berilij-oksidu u primjenama poluvodičke industrije i lako se obrađuje.

AlN se može obrađivati u zelenom, biskvitskom ili potpuno sinterovanom stanju. Međutim, potpuno sinterovani materijal zahtijeva dodatno vrijeme i vještinu kako bi se zadovoljile stroge tolerancije.

Visoka toplotna provodljivost

Izvrsna toplotna provodnost aluminijum nitrida čini ga izvrsnim materijalom za rasipanje toplote u elektroničkim uređajima. Moderna elektronika proizvodi velike količine toplote koje se moraju brzo rasipati; izolacijska svojstva aluminijum nitrida pomažu spriječiti pregrijavanje, povećavajući pouzdanost tokom vremena i produžujući vijek trajanja komponenti.

AlN ima gustoću od 3,26 g/cm3, kao i izuzetno visoku toplotnu provodnost od 170 W/(m·K), više od pet puta veću od alumine i približavajući se beriliji po toplotnoj provodnosti. Nažalost, toplotna provodnost AlN-a može se smanjiti zbog nečistoća kisika prisutnih u početnim prahovima tokom procesa sinteriranja.

Kako bi se poboljšala toplotna provodnost, prah se miješa s pomoćnim sredstvima za sinteriranje poput CaO i Y2O3. Zatim se čestice melju do ultrafine veličine čestica pomoću visokoučinkovite mlinice, što omogućava gušće keramičke strukture. Time se stvaraju guste keramičke strukture s izvrsnim svojstvima toplotne izolacije.

Izvrsna toplotna i električna izolacija aluminijum nitrida čine ga izvrsnim materijalom za MEMS primjene, uključujući visokofrekventne filtre, prikupljače energije i ultrazvučne pretvarače. Nadalje, široka energetska praznina, kompatibilnost s komplementarnom metal-oksidnom poluvodičkom (CMOS) tehnologijom i vrhunska piezoelektrična svojstva čine ovaj materijal pogodnim za mnoge MEMS uređaje, kao što su visokofrekventni filtri, prikupljači energije i ultrazvučni pretvarači. Osim toga, njegova mehanička svojstva omogućavaju jednostavno oblikovanje.

Visoka električna izolacija

Aluminij-nitrid je netoksični keramički materijal s izvrsnom toplinskom provodljivošću, električnom izolacijom i niskim svojstvima širenja – savršen za velike integrisane kolne podloge za rasipanje toplote i primjene u pakovanju. Osim toga, ovaj netoksični materijal otporan je na eroziju plazme i hemijsku koroziju te se lako metalizira, pozlaćuje, lemuje ili zavaruje na mjesto – uz to, njegove Al-N veze pružaju izuzetnu otpornost na koroziju, oksidaciju i zamor materijala.

Keramika ima veću toplotnu provodnost i gustoću od svojih aluminijskih i berilijskih pandana, a istovremeno ima niži koeficijent širenja od aluminije za primjene na višim temperaturama i superiorniju otpornost na eroziju plazme od većine metala.

Nitrid aluminija se ističe kao atraktivna opcija u elektroničkim primjenama zbog niske toplinske ekspanzije i izvrsnih svojstava električne izolacije, pružajući alternativu beriliju u određenim slučajevima. Njegova niža gustoća i električna svojstva čine nitrid aluminija posebno pogodnim materijalom za komponente koje zahtijevaju uske tolerancije, poput radiofrekvencijskih komponenti.

Aluminij-nitrid (AlN) je privlačan materijal za primjene u mikroelektromehaničkim sistemima (MEMS), kao što su visokofrekventni filtri i pretvarači energije, s velikim širina zabranjenih pojaseva i piezoelektričnim svojstvima kompatibilnim s komplementarnom metal-oksidnom poluvodičkom (CMOS) tehnologijom. Nadalje, AlN se može lako obrađivati zbog niske tačke topljenja. Međutim, stope skupljanja nakon sinterovanja mogu predstavljati izazov pri održavanju uskih tolerancija s ovim materijalom.

Visoka mehanička čvrstoća

Nitrid aluminija se odlikuje izuzetnom mehaničkom čvrstoćom, što ga čini izvrsnim materijalom za izradu keramičkih podloga za poluvodiče. Kao jedan od najčvršćih keramičkih materijala koji se trenutno koriste – s većom čvrstoćom savijanja od karbida silicija i oksida aluminija – te zahvaljujući izvrsnim svojstvima toplinske provodljivosti, nudi i izvrsna električna izolacijska svojstva.

Jedinstvena kombinacija svojstava aluminij-nitrida čini ga idealnim za primjene u oblasti snage i mikroelektronike, a često služi kao alternativa oksidu berilija u elektronici zbog zdravstvenih rizika povezanih s rukovanjem BeO. Nadalje, aluminij-nitrid ima znatno niži koeficijent toplinske ekspanzije u poređenju s aluminom i oksidom berilija, što ga čini pogodnim za primjene koje zahtijevaju rad na niskim temperaturama.

Nedavni napredak u tehnologiji poluvodiča za snagu stvorio je povećanu potrebu za alternativnim materijalima koji mogu efikasno rasipati toplinu. Tradicionalni keramički materijali za podloge, uključujući aluminij-oksid (Al2O3) i silicij-nitrid (Si3N4), pokazali su se nedostatnim u tom pogledu, pa se AlGalN pojavio kao potencijalni kandidat zbog svoje superiorne toplotne provodljivosti.

Nažalost, prelazak s alumine na AlGalN zahtijeva opsežno strojno obradu u dušikovoj atmosferi uz duge rokove isporuke kod nekih proizvođača. Da bi se prevazišla ova prepreka, neke su kompanije razvile obradive AlN proizvode proizvedene u obliku bileta koji se mogu obrađivati bez upotrebe dijamantnih alata i koji su isplativiji od čistog AlN-a. Ovi obradivi proizvodi također se mogu nabaviti od više dobavljača, što dodatno skraćuje rokove isporuke.

Visoka otpornost na oksidaciju

Aluminij-nitrid (AlN) je čvrsti nitrid aluminija s visokom toplinskom provodljivošću i izvrsnim električnim izolacionim svojstvima. Osim toga, otpornost AlN-a na oksidaciju, abraziju i koroziju štiti ga od oštećenja pri taljenju aluminija, kao i od korozije galij-arsenida; nadalje, nije toksičan.

Atmosferska plastika je idealan materijal za primjenu u surovim okruženjima jer može izdržati visoke temperature i hemijsku eroziju, što je čini savršenim materijalom za podnošenje vibracija i naprezanja, a da pritom ostane električno provodljiva i otporna na UV zračenje. Nadalje, može tolerisati i visoke napone, a njena mehanička čvrstoća je čini pogodnom za otpor prema vibracijama i naprezanju. Na kraju, električna provodljivost i otpornost na UV zračenje čine ovu plastiku izvrsnim materijalom.

Ovaj materijal se može obrađivati standardnim alatima za obradu, pružajući izvrsnu mehaničku čvrstoću i obradivost. Nadalje, njegova niska gustoća čini ga pogodnim za lagane komponente i zrakoplovne podsisteme, a istovremeno je izdržljiviji od FR-4 aluminijskih ili bakrom ulivenih PCB-ova opće namjene.

Woollam spektroskopski elipsometar s promjenjivim kutom (Lincoln, NE, SAD) korišten je za karakterizaciju S1 i S4 AlN/Si uzoraka s različitim debljinama sloja pomoću XPS sonde, pri čemu je energija vezanja vrha fotoelektrona N 1s izmjerena na 396,2 eV, što se dobro podudara s eksperimentalnim podacima.

Tokuyamina Shapal Hi M Soft aluminij-nitridni materijal nudi vrhunsku obradivost i mehaničku čvrstoću, proizveden jedinstvenim procesom koji dodaje bor-nitrid radi povećane tvrdoće – savršen za širok spektar primjena.