Nitrid hliníku a nitrid hliníku

Nitrid hliníku (AlN) je ideální materiál pro použití v tepelných aplikacích. Díky vysoké tepelné vodivosti, izolačním vlastnostem a nízkému koeficientu tepelné roztažnosti je AlN atraktivní volbou materiálu, který je bezpečnou alternativou oxidu berylia v aplikacích polovodičového průmyslu a snadno se obrábí.

AlN lze obrábět v zeleném, biskvitovém nebo plně slinutém stavu pro obrábění. Plně slinutý materiál však vyžaduje více času a dovedností, aby byly dodrženy přísné tolerance.

Vysoká tepelná vodivost

Vynikající tepelná vodivost nitridu hliníku z něj činí vynikající materiál pro odvod tepla v elektronických zařízeních. Moderní elektronika produkuje velké množství tepla, které musí být rychle odváděno; izolační vlastnosti nitridu hliníku pomáhají zajistit, aby nedocházelo k přehřívání, což zvyšuje spolehlivost v čase a prodlužuje životnost součástek.

AlN má hustotu 3,26 g/cm3 a extrémně vysokou tepelnou vodivost 170 W/(m-K), což je více než pětkrát více než u oxidu hlinitého a blíží se tepelné vodivosti berylia. Tepelnou vodivost AlN však bohužel mohou snižovat kyslíkové nečistoty přítomné ve výchozích prášcích během spékání.

Pro zlepšení tepelné vodivosti se prášek mísí s pomocnými spékacími látkami, jako jsou CaO a Y2O3. Částice se poté rozemelou na ultrajemnou velikost pomocí vysoce výkonného mlýna, což umožňuje vytvořit těsnější keramické struktury. Vznikají tak husté keramické struktury s vynikajícími tepelně izolačními vlastnostmi.

Vynikající tepelná a elektrická izolace nitridu hliníku z něj činí vynikající materiál pro aplikace MEMS, včetně vysokofrekvenčních filtrů, sběračů energie a ultrazvukových převodníků. Kromě toho je tento materiál díky své široké pásové mezeře, kompatibilitě s technologií komplementárních polovodičů na bázi oxidů kovů (CMOS) a vynikajícím piezoelektrickým vlastnostem vhodný pro mnoho zařízení MEMS, jako jsou vysokofrekvenční filtry, sběrače energie a ultrazvukové převodníky. Jeho mechanické vlastnosti navíc umožňují snadné tvarování.

Vysoká elektrická izolace

Nitrid hliníku je netoxický keramický materiál s vynikající tepelnou vodivostí, elektrickou izolací a nízkou roztažností - ideální pro velkoplošné substráty pro odvod tepla z integrovaných obvodů a obalové aplikace. Tento netoxický materiál navíc odolává plazmové erozi a chemické korozi a lze jej snadno metalizovat, pokovovat, pájit nebo natavovat - navíc jeho vazby Al-N poskytují výjimečnou odolnost proti korozi, oxidaci a únavě.

Keramika má vyšší tepelnou vodivost a hustotu než její protějšky z oxidu hlinitého a beryllia, přičemž se může pochlubit nižším koeficientem roztažnosti než oxid hlinitý pro aplikace při vyšších teplotách a vyšší odolností proti plazmové erozi než většina kovů.

Nitrid hliníku je v elektronických aplikacích atraktivní volbou díky své nízké tepelné roztažnosti a vynikajícím elektroizolačním vlastnostem, což v některých případech představuje alternativu k berylliu. Díky nižší hustotě a elektrickým vlastnostem je nitrid hliníku obzvláště vhodným materiálem pro součástky vyžadující přísné tolerance, jako jsou například radiofrekvenční součástky.

Nitrid hliníku (AlN) je atraktivním materiálem pro aplikace v mikroelektromechanických systémech (MEMS), jako jsou vysokofrekvenční filtry a sběrače energie, protože se vyznačuje širokými pásmovými mezerami a piezoelektrickými vlastnostmi kompatibilními s technologií komplementárních polovodičů na bázi oxidů kovů (CMOS). Kromě toho lze AlN díky nízkému bodu tání snadno opracovávat. Jeho smršťování po spékání však může být náročné při dodržování přísných tolerancí u tohoto materiálu.

Vysoká mechanická pevnost

Nitrid hliníku se vyznačuje mimořádnou mechanickou pevností, což z něj činí vynikající materiál pro výrobu keramických substrátů pro polovodiče. Je jedním z nejpevnějších keramických materiálů používaných v současnosti - má vyšší pevnost v ohybu než karbid křemíku i oxid hlinitý - a díky svým vynikajícím tepelně vodivým vlastnostem nabízí také vynikající elektroizolační vlastnosti.

Jedinečná kombinace vlastností nitridu hliníku je ideální pro aplikace v energetice a mikroelektronice a často slouží jako alternativa k oxidu berylnatému v elektronice kvůli zdravotním rizikům spojeným s manipulací s BeO. Kromě toho se nitrid hliníku může pochlubit mnohem nižším koeficientem tepelné roztažnosti ve srovnání s oxidem hlinitým i oxidem berylnatým, takže se hodí pro aplikace vyžadující provoz při nízkých teplotách.

Nedávný pokrok v technologii výkonových polovodičů vyvolal zvýšenou potřebu alternativních materiálů, které mohou účinně odvádět teplo. Tradiční keramické substrátové materiály, včetně oxidu hlinitého (Al2O3) a nitridu křemíku (Si3N4), se v tomto ohledu ukázaly jako nedostatečné, a proto se AlGalN objevil jako potenciální kandidát díky své vynikající tepelné vodivosti.

Přechod z oxidu hlinitého na AlGalN bohužel u některých výrobců vyžaduje rozsáhlé obrábění v dusíkové atmosféře s dlouhými dodacími lhůtami. Aby pomohly tuto překážku překonat, vyvinuly některé společnosti obrobitelné výrobky z AlN vyráběné jako předvalky, které lze obrábět bez použití diamantových nástrojů a jsou cenově výhodnější než čistý AlN. Tyto obrobitelné výrobky lze také získat od více dodavatelů, což ještě více zkracuje dodací lhůty.

Vysoká odolnost proti oxidaci

Nitrid hliníku (AlN) je pevný nitrid hliníku s vysokou tepelnou vodivostí a vynikajícími elektroizolačními vlastnostmi. Odolnost AlN vůči oxidaci, oděru a korozi jej navíc chrání před poškozením při tavení hliníku i před korozí arsenidu galia; navíc je netoxický.

Atmosférický plast je ideálním materiálem pro aplikace v náročných podmínkách, protože odolává vysokým teplotám a chemickému otěru, takže je ideálním materiálem, který odolává vibracím a namáhání a zároveň zůstává elektricky vodivý a odolný vůči UV záření. Kromě toho snese i vysoké napětí, zatímco díky své mechanické pevnosti je vhodný i pro odolávání vibracím a namáhání. A konečně, elektrická vodivost a odolnost vůči UV záření činí z tohoto plastu vynikající materiál.

Tento materiál lze obrábět běžnými obráběcími nástroji a nabízí vynikající mechanickou pevnost a obrobitelnost. Navíc je díky své nízké hustotě vhodný pro lehké součástky a letecké subsystémy, přičemž je odolnější než obecný hliník FR-4 nebo mědí zalité desky plošných spojů.

K charakterizaci vzorků S1 a S4 AlN/Si s různou tloušťkou vrstvy pomocí sondy XPS byl použit Woollamův spektroskopický elipsometr s proměnným úhlem (Lincoln, NE USA), přičemž vazebná energie fotoelektronového píku N 1s byla naměřena 396 2eV, což dobře odpovídá experimentálním údajům.

Materiál Shapal Hi M Soft od společnosti Tokuyama z nitridu hliníku nabízí vynikající obrobitelnost a mechanickou pevnost a je vyráběn jedinečným procesem, který přidává nitrid bóru pro zvýšení tvrdosti - ideální pro širokou škálu aplikací.