Aluminiumnitrid und Aluminiumnitrid

Aluminiumnitrid (AlN) ist ein ideales Material für die Verwendung in thermischen Anwendungen. Mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit, seinen Isolationseigenschaften und seinem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist AlN ein attraktives Material, das eine sichere Alternative zu Berylliumoxid in der Halbleiterindustrie darstellt und leicht zu bearbeiten ist.

AlN kann in seinem grünen, biskuitartigen oder vollständig gesinterten Zustand bearbeitet werden. Vollgesintertes Material erfordert jedoch mehr Zeit und Geschick, um die strengen Toleranzen einzuhalten.

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid macht es zu einem hervorragenden Material für die Wärmeableitung in elektronischen Geräten. Moderne Elektronik erzeugt große Wärmemengen, die schnell abgeleitet werden müssen. Die Isolationseigenschaften von Aluminiumnitrid tragen dazu bei, dass es nicht zu Überhitzungen kommt, was die Zuverlässigkeit erhöht und die Lebensdauer der Komponenten verlängert.

AlN hat eine Dichte von 3,26 g/cm3 und eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit von 170 W/(m-K), die mehr als fünfmal so hoch ist wie die von Aluminiumoxid und der von Beryllium nahe kommt, was die Wärmeleitfähigkeit angeht. Leider kann die Wärmeleitfähigkeit von AlN jedoch durch Sauerstoffverunreinigungen in den Ausgangspulvern während des Sinterprozesses verringert werden.

Um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, wird das Pulver mit Sinterhilfsmitteln wie CaO und Y2O3 gemischt. Die Partikel werden dann mit einer Hochleistungsmühle auf eine ultrafeine Partikelgrößenverteilung heruntergemahlen, was dichtere Keramikstrukturen ermöglicht. So entstehen dichte Keramikstrukturen mit hervorragenden Wärmedämmeigenschaften.

Die hervorragende thermische und elektrische Isolierung von Aluminiumnitrid macht es zu einem ausgezeichneten Material für MEMS-Anwendungen, einschließlich Hochfrequenzfiltern, Energy Harvestern und Ultraschallwandlern. Darüber hinaus eignen sich die breite Bandlücke, die Kompatibilität mit der komplementären Metalloxid-Halbleitertechnologie (CMOS) und die hervorragenden piezoelektrischen Eigenschaften dieses Materials für viele MEMS-Bauteile wie Hochfrequenzfilter, Energiegewinnungsgeräte und Ultraschallwandler. Außerdem lässt es sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften leicht formen.

Hohe elektrische Isolierung

Aluminiumnitrid ist ein ungiftiges keramisches Material mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Isolierung und geringen Ausdehnungseigenschaften - perfekt für großflächige Wärmeableitungssubstrate für integrierte Schaltungen und Verpackungsanwendungen. Darüber hinaus ist dieses ungiftige Material resistent gegen Plasmaerosion und chemische Korrosion und lässt sich leicht metallisieren, plattieren, hartlöten oder einlöten - außerdem bieten seine Al-N-Bindungen außergewöhnliche Beständigkeit gegen Korrosion, Oxidation und Ermüdung.

Keramik hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit und Dichte als seine Pendants aus Aluminiumoxid und Berylliumoxid, einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als Aluminiumoxid für Anwendungen bei höheren Temperaturen und eine bessere Beständigkeit gegen Plasmaerosion als die meisten Metalle.

Aluminiumnitrid ist aufgrund seiner geringen Wärmeausdehnung und seiner ausgezeichneten elektrischen Isolationseigenschaften eine attraktive Option für elektronische Anwendungen und stellt in bestimmten Fällen eine Alternative zu Beryllium dar. Die geringere Dichte und die elektrischen Eigenschaften machen Aluminiumnitrid zu einem besonders geeigneten Material für Komponenten, die enge Toleranzen erfordern, wie z. B. Hochfrequenzkomponenten.

Aluminiumnitrid (AlN) ist ein attraktives Material für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) wie z. B. Hochfrequenzfilter und Energiegewinnungsanlagen. Es verfügt über breite Bandlücken und piezoelektrische Eigenschaften, die mit der CMOS-Technologie (Complementary Metal Oxide Semiconductor) kompatibel sind. Außerdem lässt sich AlN aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes leicht bearbeiten. Die Schrumpfungsrate nach dem Sintern kann jedoch eine Herausforderung bei der Einhaltung enger Toleranzen mit diesem Material darstellen.

Hohe mechanische Festigkeit

Aluminiumnitrid zeichnet sich durch eine außergewöhnliche mechanische Festigkeit aus, die es zu einem hervorragenden Material für die Herstellung von Keramiksubstraten für Halbleiter macht. Als eines der stärksten derzeit verwendeten keramischen Materialien - mit einer höheren Biegefestigkeit als Siliziumkarbid und Aluminiumoxid - und aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit bietet es auch ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften.

Die einzigartige Kombination von Eigenschaften von Aluminiumnitrid macht es ideal für Anwendungen in der Energie- und Mikroelektronik und dient oft als Alternative zu Berylliumoxid in der Elektronik, da der Umgang mit BeO gesundheitliche Risiken birgt. Darüber hinaus weist Aluminiumnitrid im Vergleich zu Aluminiumoxid und Berylliumoxid einen wesentlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und eignet sich daher gut für Anwendungen, die einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen erfordern.

Die jüngsten Fortschritte in der Leistungshalbleitertechnologie haben zu einem erhöhten Bedarf an alternativen Materialien geführt, die die Wärme effizient ableiten können. Herkömmliche keramische Trägermaterialien wie Aluminiumoxid (Al2O3) und Siliziumnitrid (Si3N4) haben sich in dieser Hinsicht als unzureichend erwiesen, so dass sich AlGalN aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit als potenzieller Kandidat herausgestellt hat.

Leider erfordert die Umstellung von Aluminiumoxid auf AlGalN bei einigen Herstellern eine aufwändige Bearbeitung unter Stickstoffatmosphäre mit langen Vorlaufzeiten. Um dieses Hindernis zu überwinden, haben einige Unternehmen maschinell bearbeitbare AlN-Produkte entwickelt, die als Knüppel hergestellt werden, die ohne Diamantwerkzeuge bearbeitet werden können und kostengünstiger sind als reines AlN. Diese maschinell bearbeitbaren Produkte können auch von mehreren Lieferanten bezogen werden, was die Vorlaufzeiten noch weiter verkürzt.

Hohe Oxidationsbeständigkeit

Aluminiumnitrid (AlN) ist ein festes Aluminiumnitrid mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften. Darüber hinaus schützt AlN durch seine Oxidations-, Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit vor Schäden durch Aluminiumschmelzen und Galliumarsenidkorrosion; außerdem ist es ungiftig.

Atmosphärischer Kunststoff ist ein ideales Material für Anwendungen in rauen Umgebungen, da er hohen Temperaturen und chemischem Abrieb standhält. Er ist das perfekte Material, um Vibrationen und Belastungen standzuhalten und gleichzeitig elektrisch leitfähig und UV-beständig zu bleiben. Darüber hinaus können auch hohe Spannungen toleriert werden, und dank seiner mechanischen Festigkeit ist es auch für Vibrationen und Belastungen geeignet. Die elektrische Leitfähigkeit und die Beständigkeit gegen UV-Strahlung machen diesen Kunststoff schließlich zu einem ausgezeichneten Material.

Dieses Material kann mit Standardbearbeitungswerkzeugen bearbeitet werden und bietet eine hervorragende mechanische Festigkeit und Bearbeitbarkeit. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund seiner geringen Dichte für leichte Komponenten und Subsysteme in der Luft- und Raumfahrt und ist gleichzeitig haltbarer als FR-4-Leiterplatten aus Aluminium oder Kupferguss.

Das spektroskopische Ellipsometer mit variablem Winkel von Woollam (Lincoln, NE, USA) wurde zur Charakterisierung der S1- und S4-AlN/Si-Proben mit unterschiedlichen Schichtdicken unter Verwendung einer XPS-Sonde verwendet, wobei die Peak-Bindungsenergie der N 1s-Photoelektronen mit 396 2eV gemessen wurde, was gut mit den experimentellen Daten übereinstimmt.

Das Aluminiumnitrid Shapal Hi M Soft von Tokuyama bietet eine hervorragende Zerspanbarkeit und mechanische Festigkeit. Es wird in einem einzigartigen Verfahren hergestellt, bei dem Bornitrid zur Erhöhung der Härte hinzugefügt wird - perfekt für eine Vielzahl von Anwendungen.