Nitrur d'alumini i Nitrur d'alumini
El nitrur d'alumini (AlN) és un material ideal per a aplicacions tèrmiques. Amb una alta conductivitat tèrmica, propietats d'aïllament i un baix coeficient de dilatació tèrmica, l'AlN és una opció de material atractiva, una alternativa segura a l'òxid de beril·li en aplicacions de la indústria de semiconductors i fàcil de mecanitzar.
AlN es pot mecanitzar en estat verd, de biscuita o completament sinteritzat. Tanmateix, el material completament sinteritzat requereix més temps i habilitat per assolir toleràncies estrictes.
Alta conductivitat tèrmica
L'excel·lent conductivitat tèrmica del nitrur d'alumini el converteix en un material excel·lent per a la dissipació de calor en dispositius electrònics. L'electrònica moderna produeix grans quantitats de calor que s'han de dissipar ràpidament; les propietats d'aïllament del nitrur d'alumini ajuden a garantir que no es produeixi un sobreescalfament, augmentant la fiabilitat amb el temps i allargant la vida útil dels components.
AlN té una densitat de 3,26 g/cm³, així com una conductivitat tèrmica extremadament alta de 170 W/(m·K), més de cinc vegades superior a la de l'alumina i propera a la de la beril·lia pel que fa a la conductivitat tèrmica. Malauradament, la conductivitat tèrmica de l'AlN es pot reduir a causa de les impureses d'oxigen presents en els pols inicials durant els processos de sinterització.
Per millorar la conductivitat tèrmica, el pols es barreja amb agents de sinterització com CaO i Y2O3. A continuació, les partícules es moulen fins a obtenir una distribució de mida de partícula ultrafina mitjançant un molí d'alt rendiment, cosa que permet estructures ceràmiques amb una disposició més compacta. Això crea estructures ceràmiques denses amb excel·lents propietats d'aïllament tèrmic.
El nitrur d'alumini, gràcies a la seva excel·lent isolació tèrmica i elèctrica, és un material ideal per a aplicacions MEMS, incloent-hi filtres d'alta freqüència, captadors d'energia i transductors ultrasònics. A més, la seva ampla banda prohibida, la seva compatibilitat amb la tecnologia de semiconductors de complementari d'òxid metàl·lic (CMOS) i les seves superiors propietats piezoelèctriques fan que aquest material sigui adequat per a molts dispositius MEMS, com ara filtres d'alta freqüència, captadors d'energia i transductors ultrasònics. A més, les seves propietats mecàniques permeten que es pugui conformar fàcilment.
Alta aïllament elèctric
El nitrur d'alumini és un material ceràmic no tòxic amb una excel·lent conductivitat tèrmica, aïllament elèctric i propietats d'expansió baixa, perfecte per a substrats de dissipació de calor d'escala gran per a circuits integrats i per a aplicacions d'embalatge. A més, aquest material no tòxic resisteix l'erosió per plasma i la corrosió química, i es pot metal·litzar, banyar, soldar o brasar amb facilitat – a més, els seus enllaços Al-N proporcionen una resistència excepcional contra la corrosió, l'oxidació i la fatiga.
La ceràmica té una conductivitat tèrmica i una densitat més altes que les seves contraparts d'alumina i beril·lia, alhora que presenta un coeficient de dilatació inferior al de l'alumina per a aplicacions a altes temperatures i una resistència a l'erosió per plasma superior a la de la majoria dels metalls.
El nitrur d'alumini destaca com una opció atractiva en aplicacions electròniques a causa de la seva baixa dilatació tèrmica i les seves excel·lents propietats d'aïllament elèctric, oferint una alternativa a la beril·lia en certs casos. La seva menor densitat i les seves propietats elèctriques fan del nitrur d'alumini un material especialment adequat per a components que requereixen toleràncies estretes, com ara els components de radiofreqüència.
El nitrur d'alumini (AlN) és un material atractiu per a aplicacions de sistemes microelectromecànics (MEMS), com ara filtres d'alta freqüència i captadors d'energia, amb amplis bandes prohibides i propietats piezoelèctriques compatibles amb la tecnologia de semiconductors d'òxid metàl·lic complementari (CMOS). A més, l'AlN es pot mecanitzar fàcilment gràcies al seu baix punt de fusió. No obstant això, les taxes de contracció després de la sinterització poden resultar un repte per mantenir toleràncies estretes amb aquest material.
Alta resistència mecànica
El nitrur d'alumini compta amb una resistència mecànica excepcional, cosa que el converteix en un material excel·lent per a la creació de substrats ceràmics per a semiconductors. Com un dels materials ceràmics més resistents actualment utilitzats – amb una resistència a la flexió superior tant al carbur de silici com a l'òxid d'alumini – i gràcies a les seves excel·lents propietats de conductivitat tèrmica, també ofereix excel·lents propietats d'aïllament elèctric.
La combinació única de propietats del nitrur d'alumini el fa ideal per a aplicacions de potència i microelectrònica, i sovint serveix com a alternativa a l'òxid de beril·li en electrònica a causa dels riscos per a la salut associats a la manipulació de BeO. A més, el nitrur d'alumini presenta un coeficient de dilatació tèrmica molt més baix que tant l'alumina com l'òxid de beril·li, cosa que el fa adequat per a aplicacions que requereixen funcionament a baixa temperatura.
Els avenços recents en la tecnologia de semiconductors de potència han generat una necessitat creixent de materials alternatius que puguin dissipar la calor de manera eficient. Els materials de substrat ceràmic tradicionals, com l'òxid d'alumini (Al2O3) i el nitrur de silici (Si3N4), han demostrat ser insuficients en aquest aspecte, de manera que l'AlGalN ha emergit com a candidat potencial gràcies a la seva superior conductivitat tèrmica.
Malauradament, fer la transició de l'alumina a l'AlGalN requereix un mecanitzat extens en una atmosfera de nitrogen amb llargs terminis de lliurament per a alguns fabricants. Per ajudar a superar aquest obstacle, algunes empreses han desenvolupat productes d'AlN mecanitzables fabricats en forma de lingots que es poden mecanitzar sense fer servir eines de diamant i que són més rendibles que l'AlN pur. Aquests productes mecanitzables també es poden obtenir de diversos proveïdors, cosa que redueix encara més els terminis de lliurament.
Alta resistència a l'oxidació
El nitrur d'alumini (AlN) és un nitrur sòlid d'alumini amb alta conductivitat tèrmica i excel·lents propietats d'aïllament elèctric. A més, la resistència de l'AlN a l'oxidació, l'abrasió i la corrosió el protegeix contra els danys provocats per la fusió de l'alumini i la corrosió de l'arseniur de gal·li; a més, és no tòxic.
El plàstic atmosfèric és un material ideal per a aplicacions en entorns durs, ja que pot resistir altes temperatures i l'abrasió química, cosa que el converteix en el material perfecte per suportar vibracions i tensions tot mantenint la conductivitat elèctrica i la resistència a la radiació UV. A més, també tolera altes tensions, i la seva resistència mecànica el fa apte per resistir vibracions i tensions. Finalment, la conductivitat elèctrica i la resistència a la radiació UV converteixen aquest plàstic en un material excel·lent.
Aquest material es pot mecanitzar amb eines de mecanitzat estàndard, oferint una excel·lent resistència mecànica i facilitat de mecanitzat. A més, la seva baixa densitat el fa adequat per a components lleugers i subsistemes aeroespacials, alhora que és més durador que els PCB FR-4 d'alumini general o els PCB amb coure abocat.
Es va utilitzar un espectròmetre d'el·lipsometria d'angle variable Woollam (Lincoln, NE, EUA) per caracteritzar les mostres AlN/Si S1 i S4 amb diferents gruixos de pel·lícula mitjançant una sonda XPS, amb l'energia de lligam del pic de fotoelectrons N 1s mesurada en 396,2 eV, cosa que concorda bé amb les dades experimentals.
El material de nitrur d'alumini Shapal Hi M Soft de Tokuyama ofereix una maquinabilitat i una resistència mecànica superiors, fabricat mitjançant un procés únic que afegeix nitrur de bor per augmentar la duresa – perfecte per a una gran varietat d'aplicacions.
