Alumiiniumnitriid ja alumiiniumnitriid

Alumiiniumnitriid (AlN) on ideaalne materjal termilistes rakendustes kasutamiseks. Tänu kõrgele soojusjuhtivusele, isolatsiooniomadustele ja madalale soojuspaisumistegurile on AlN atraktiivne materjalivalik, mis on turvaline alternatiiv berülliumoksiidile pooljuhitööstuse rakendustes ja mida on lihtne töödelda.

AlNi saab mehaaniliselt töödelda töötlemiseks rohelises, küpsetatud või täielikult paagutatud olekus. Täielikult paagutatud materjal nõuab siiski rohkem aega ja oskusi, et täita rangeid tolerantse.

Kõrge soojusjuhtivus

Alumiiniumnitriidi suurepärane soojusjuhtivus muudab selle suurepäraseks materjaliks elektroonikaseadmete soojuse hajutamiseks. Kaasaegne elektroonika toodab suures koguses soojust, mis tuleb kiiresti ära juhtida; alumiiniumnitriidi isolatsiooniomadused aitavad tagada, et ülekuumenemist ei toimuks, suurendades aja jooksul töökindlust ja pikendades komponentide eluiga.

AlNi tihedus on 3,26 g/cm3 , samuti on tal äärmiselt kõrge soojusjuhtivus 170 W/(m-K), mis on rohkem kui viis korda suurem kui alumiiniumoksiidil ja läheneb soojusjuhtivuse poolest berüllile. Kahjuks võivad AlN-i soojusjuhtivust vähendada aga lähtepulbrites esinevad hapniku lisandid paagutamise käigus.

Soojusjuhtivuse parandamiseks segatakse pulbrit paagutamise abiainetega, nagu CaO ja Y2O3. Seejärel jahvatatakse osakesi ülipeeneks, kasutades selleks suure jõudlusega veskit, mis võimaldab tihedamalt pakitud keraamilisi struktuure. See loob tihedad keraamilised struktuurid, millel on suurepärased soojusisolatsiooniomadused.

Alumiiniumnitriidi suurepärane soojus- ja elektriisolatsioon muudab selle suurepäraseks materjaliks MEMS-rakenduste, sealhulgas kõrgsagedusfiltrite, energiakogumisseadmete ja ultraheliandurite jaoks. Lisaks sellele muudavad tema lai ribalõhe, ühilduvus komplementaarse metalloksiid-pooljuhttehnoloogiaga (CMOS) ja suurepärased piesoelektrilised omadused selle materjali sobivaks paljude MEMS-seadmete, näiteks kõrgsagedusfiltrite, energia kogumise ja ultraheliandurite jaoks. Lisaks sellele võimaldavad selle mehaanilised omadused seda hõlpsasti vormida.

Kõrge elektriisolatsioon

Alumiiniumnitriid on mittetoksiline keraamiline materjal, millel on suurepärane soojusjuhtivus, elektriisolatsioon ja madalad paisumisomadused - ideaalne suurte integreeritud vooluahelate soojuse hajutamise substraatide ja pakendirakenduste jaoks. Lisaks sellele on see mittetoksiline materjal vastupidav plasmaerosioonile ja keemilisele korrosioonile ning seda on lihtne metalliseerida, katta, joodetada või paika joota - lisaks tagavad selle Al-N sidemed erakordse vastupidavuse korrosiooni, oksüdatsiooni ja väsimuskindluse vastu.

Keraamikal on suurem soojusjuhtivus ja tihedus kui alumiiniumoksiidil ja berülliumil, samas on tal madalam paisumistegur kui alumiiniumoksiidil kõrgemate temperatuuride puhul ja parem plasmaerosioonikindlus kui enamikul metallidel.

Alumiiniumnitriid paistab silma atraktiivse valikuna elektroonikarakendustes oma madala soojuspaisumise ja heade elektriisolatsiooniomaduste tõttu, pakkudes teatud juhtudel alternatiivi berülliumile. Tänu väiksemale tihedusele ja elektrilistele omadustele on alumiiniumnitriid eriti sobiv materjal komponentide jaoks, mis nõuavad rangeid tolerantse, näiteks raadiosageduslike komponentide puhul.

Alumiiniumnitriid (AlN) on atraktiivne materjal mikroelektromehaaniliste süsteemide (MEMS) rakenduste jaoks, nagu näiteks kõrgsagedusfiltrid ja energiakoristajad, millel on lai ribalõhe ja piesoelektrilised omadused, mis ühilduvad komplementaarse metalloksiid-pooljuhtide (CMOS) tehnoloogiaga. Lisaks sellele on AlN tänu oma madalale sulamistemperatuurile kergesti töödeldav. Siiski võib selle materjali kahanemine pärast paagutamist osutuda keeruliseks selle materjali kitsaste tolerantside säilitamisel.

Kõrge mehaaniline tugevus

Alumiiniumnitriidil on erakordne mehaaniline tugevus, mistõttu on see suurepärane materjal keraamiliste substraatide loomiseks pooljuhtide jaoks. Kuna see on üks tugevamaid praegu kasutatavaid keraamilisi materjale - suurema paindetugevusega kui nii ränikarbiid kui ka alumiiniumoksiid - ja tänu oma suurepärasele soojusjuhtivusele pakub see ka suurepäraseid elektriisolatsiooniomadusi.

Alumiiniumnitriidi ainulaadsete omaduste kombinatsioon muudab selle ideaalseks elektri- ja mikroelektroonika rakenduste jaoks ning on sageli alternatiiviks berülliumoksiidile elektroonikas, kuna BeO käitlemisega kaasnevad terviseriskid. Lisaks on alumiiniumnitriidil palju madalam soojuspaisumistegur võrreldes nii alumiiniumoksiidi kui ka berülliumoksiidiga, mistõttu sobib see hästi rakendustesse, mis nõuavad madalat temperatuuri.

Hiljutised edusammud võimsate pooljuhtide tehnoloogias on tekitanud suurenenud vajaduse alternatiivsete materjalide järele, mis suudavad tõhusalt soojust hajutada. Traditsioonilised keraamilised põhimaterjalid, sealhulgas alumiiniumoksiid (Al2O3) ja räninitriid (Si3N4), on osutunud selles osas ebapiisavaks, mistõttu AlGalN on tänu oma paremale soojusjuhtivusele tõusnud potentsiaalseks kandidaadiks.

Kahjuks nõuab alumiiniumoksiidilt AlGalNile üleminek ulatuslikku töötlemist lämmastiku atmosfääris, mis on mõne tootja jaoks pikk aeg. Selle takistuse ületamiseks on mõned ettevõtted välja töötanud mehaaniliselt töödeldavad AlN-tooted, mida valmistatakse toorikutena, mida saab töödelda ilma teemantstööriistu kasutamata ja mis on kuluefektiivsem kui puhas AlN. Neid mehaaniliselt töödeldavaid tooteid on võimalik saada ka mitmelt tarnijalt, mis vähendab veelgi tarneaega.

Kõrge oksüdatsioonikindlus

Alumiiniumnitriid (AlN) on alumiiniumi tahke nitriid, millel on kõrge soojusjuhtivus ja suurepärased elektriisolatsiooniomadused. Lisaks sellele kaitseb AlNi oksüdatsiooni-, kulumis- ja korrosioonikindlus seda nii alumiiniumi sulamise kui ka galliumarseniidi korrosiooni kahjustuste eest; lisaks on see mittetoksiline.

Atmosfääriplastik on ideaalne materjal karmides keskkondades kasutamiseks, kuna see talub kõrgeid temperatuure ja keemilist hõõrdumist, mistõttu on see ideaalne materjal vibratsiooni ja stressi talumiseks, jäädes samal ajal elektrijuhtivaks ja UV-kiirguse suhtes vastupidavaks. Lisaks sellele talub ka kõrgeid pingeid, samas kui mehaaniline tugevus muudab selle sobivaks ka vibratsiooni ja pinge talumiseks. Lõpuks muudavad elektrijuhtivus ja UV-kiirguskindlus selle plastiku suurepäraseks materjaliks.

Seda materjali saab töödelda tavaliste töötlemisvahenditega, pakkudes suurepärast mehaanilist tugevust ja mehaanilist töödeldavust. Lisaks sellele sobib see tänu oma madalale tihedusele kergete komponentide ja kosmosesüsteemide jaoks, olles samas vastupidavam kui FR-4 üldised alumiiniumist või vasest valatud trükkplaadid.

Woollam Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer (Lincoln, NE USA) kasutati S1 ja S4 AlN/Si proovide iseloomustamiseks erineva paksusega kilega, kasutades XPS-sondi, kusjuures N 1s fotoelektroni piigi sidumise energiaks mõõdeti 396 2eV, mis vastab hästi eksperimentaalsetele andmetele.

Tokuyama Shapal Hi M Soft alumiiniumnitriidist materjal pakub suurepärast töödeldavust ja mehaanilist tugevust, mis on valmistatud ainulaadse protsessi abil, mis lisab boornitriidi kõvaduse suurendamiseks - ideaalne mitmesuguste rakenduste jaoks.