Aluminiumnitrid og aluminiumnitrid

Aluminiumnitrid (AlN) er et ideelt materiale til brug i termiske applikationer. Med høj varmeledningsevne, isoleringsegenskaber og lav varmeudvidelseskoefficient er AlN et attraktivt materialevalg, der er et sikkert alternativ til berylliumoxid i halvlederindustrien og let at bearbejde.

AlN kan bearbejdes i grøn, kiksformet eller fuldt sintret tilstand til bearbejdning. Fuldt sintret materiale kræver dog ekstra tid og dygtighed for at opfylde strenge tolerancer.

Høj varmeledningsevne

Aluminiumnitrids fremragende varmeledningsevne gør det til et fremragende materiale til varmeafledning i elektroniske enheder. Moderne elektronik producerer store mængder varme, som skal afledes hurtigt; aluminiumnitrids isoleringsegenskaber er med til at sikre, at der ikke opstår overophedning, hvilket øger pålideligheden over tid og forlænger komponenternes levetid.

AlN har en massefylde på 3,26 g/cm3 og en ekstremt høj varmeledningsevne på 170 W/(m-K), hvilket er mere end fem gange større end aluminiumoxid og nærmer sig beryllia med hensyn til varmeledningsevne. Desværre kan AlN's varmeledningsevne dog reduceres af ilturenheder i udgangspulveret under sintringsprocessen.

For at forbedre varmeledningsevnen blandes pulveret med sintringshjælpemidler som CaO og Y2O3. Partiklerne males derefter ned til en ultrafin partikelstørrelsesfordeling ved hjælp af en højtydende mølle, hvilket muliggør mere tætpakkede keramiske strukturer. Dette skaber tætte keramiske strukturer med fremragende varmeisoleringsegenskaber.

Aluminiumnitrids overlegne termiske og elektriske isolering gør det til et fremragende materiale til MEMS-applikationer, herunder højfrekvensfiltre, energihøstere og ultralydstransducere. Desuden gør det brede båndgab, kompatibiliteten med CMOS-teknologi (complementary metal oxide semiconductor) og de overlegne piezoelektriske egenskaber dette materiale velegnet til mange MEMS-enheder som f.eks. højfrekvensfiltre, energihøstere og ultralydstransducere. Desuden gør dets mekaniske egenskaber det nemt at forme.

Høj elektrisk isolering

Aluminiumnitrid er et ugiftigt keramisk materiale med fremragende varmeledningsevne, elektrisk isolering og lave ekspansionsegenskaber - perfekt til store integrerede kredsløbs varmeafledningssubstrater og emballageapplikationer. Derudover modstår dette ugiftige materiale plasmaerosion og kemisk korrosion og er let at metallisere, belægge, lodde eller lodde på plads - plus dets Al-N-bindinger giver enestående modstandsdygtighed over for korrosion, oxidation og udmattelsesmodstand.

Keramik har højere varmeledningsevne og massefylde end aluminiumoxid og beryllia, samtidig med at det har en lavere udvidelseskoefficient end aluminiumoxid til anvendelser ved højere temperaturer og bedre modstandsdygtighed over for plasmaerosion end de fleste metaller.

Aluminiumnitrid skiller sig ud som en attraktiv mulighed i elektroniske applikationer på grund af dets lave varmeudvidelse og fremragende elektriske isoleringsegenskaber, hvilket giver et alternativt valg til beryllia i visse tilfælde. Den lavere massefylde og de elektriske egenskaber gør aluminiumnitrid til et særligt velegnet materiale til komponenter, der kræver snævre tolerancer, som f.eks. radiofrekvente komponenter.

Aluminiumnitrid (AlN) er et attraktivt materiale til mikroelektromekaniske systemer (MEMS) som f.eks. højfrekvensfiltre og energihøstere med brede båndgab og piezoelektriske egenskaber, der er kompatible med CMOS-teknologi (complementary metal oxide semiconductor). Desuden kan AlN let bearbejdes på grund af sit lave smeltepunkt. Men dets krympning efter sintring kan være en udfordring i forhold til at opretholde snævre tolerancer med dette materiale.

Høj mekanisk styrke

Aluminiumnitrid har en enestående mekanisk styrke, hvilket gør det til et fremragende materiale til fremstilling af keramiske substrater til halvledere. Det er et af de stærkeste keramiske materialer, der anvendes i dag - med højere bøjningsstyrke end både siliciumcarbid og aluminiumoxid - og på grund af dets fremragende varmeledningsevne har det også fremragende elektrisk isolerende egenskaber.

Aluminiumnitrids unikke kombination af egenskaber gør det ideelt til energi- og mikroelektronikapplikationer, og det fungerer ofte som et alternativ til berylliumoxid i elektronik på grund af de sundhedsrisici, der er forbundet med håndtering af BeO. Desuden har aluminiumnitrid en meget lavere varmeudvidelseskoefficient sammenlignet med både aluminiumoxid og berylliumoxid, hvilket gør det velegnet til anvendelser, der kræver drift ved lave temperaturer.

De seneste fremskridt inden for effekthalvlederteknologi har skabt et øget behov for alternative materialer, der effektivt kan bortlede varmen. Traditionelle keramiske substratmaterialer, herunder aluminiumoxid (Al2O3) og siliciumnitrid (Si3N4), har vist sig at være utilstrækkelige i denne henseende, så AlGalN er dukket op som en potentiel kandidat på grund af sin overlegne varmeledningsevne.

Desværre kræver skiftet fra aluminiumoxid til AlGalN omfattende bearbejdning i en nitrogenatmosfære med lange leveringstider for nogle producenter. For at hjælpe med at overvinde denne hindring har nogle virksomheder udviklet bearbejdelige AlN-produkter, der fremstilles som billets, der kan bearbejdes uden brug af diamantværktøj og er mere omkostningseffektive end rent AlN. Disse bearbejdelige produkter kan også fås fra flere leverandører, hvilket reducerer leveringstiden yderligere.

Høj modstandsdygtighed over for oxidation

Aluminiumnitrid (AlN) er et fast nitrid af aluminium med høj varmeledningsevne og fremragende elektriske isoleringsegenskaber. Derudover beskytter AlN's modstandsdygtighed over for oxidation, slid og korrosion det mod skader fra aluminiumssmeltning samt galliumarsenidkorrosion; desuden er det ugiftigt.

Atmosfærisk plast er et ideelt materiale til applikationer i barske miljøer, da det kan modstå høje temperaturer og kemisk slid, hvilket gør det til det perfekte materiale til at modstå vibrationer og stress, samtidig med at det forbliver elektrisk ledende og UV-strålingsbestandigt. Desuden kan det tåle høje spændinger, mens dets mekaniske styrke også gør det egnet til at modstå vibrationer og stress. Endelig gør den elektriske ledningsevne og modstandsdygtigheden over for UV-stråling denne plast til et fremragende materiale.

Dette materiale kan bearbejdes med standardbearbejdningsværktøjer og har en fremragende mekanisk styrke og bearbejdelighed. Desuden gør den lave massefylde det velegnet til letvægtskomponenter og undersystemer til luft- og rumfart, samtidig med at det er mere holdbart end almindelige FR-4-aluminium- eller kobberstøbte printkort.

Woollam Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer (Lincoln, NE USA) blev brugt til at karakterisere S1- og S4-AlN/Si-prøver med forskellige filmtykkelser ved hjælp af en XPS-sonde, hvor N 1s-fotoelektronernes maksimale bindingsenergi blev målt til 396 2eV, hvilket stemmer godt overens med eksperimentelle data.

Tokuyamas Shapal Hi M Soft aluminiumnitridmateriale giver overlegen bearbejdelighed og mekanisk styrke, fremstillet gennem en unik proces, der tilføjer bornitrid for at øge hårdheden - perfekt til en lang række anvendelser.