Alumiininitridi ja alumiininitridi

Alumiininitridi (AlN) on ihanteellinen materiaali lämpösovelluksiin. Korkean lämmönjohtavuuden, eristysominaisuuksien ja alhaisen lämpölaajenemiskertoimen ansiosta AlN on houkutteleva materiaalivalinta, joka on turvallinen vaihtoehto berylliumoksidille puolijohdeteollisuuden sovelluksissa ja helppo työstää.

AlN voidaan työstää vihreässä, keksimäisessä tai täysin sintratussa tilassa koneistusta varten. Täysin sintrattu materiaali vaatii kuitenkin ylimääräistä aikaa ja taitoa, jotta tiukat toleranssit voidaan täyttää.

Korkea lämmönjohtavuus

Alumiininitridin erinomainen lämmönjohtavuus tekee siitä erinomaisen materiaalin elektronisten laitteiden lämmönsiirtoon. Nykyaikainen elektroniikka tuottaa suuria määriä lämpöä, joka on johdettava nopeasti pois; alumiininitridin eristysominaisuudet auttavat varmistamaan, ettei ylikuumenemista tapahdu, mikä lisää luotettavuutta ajan myötä ja pidentää komponenttien käyttöikää.

AlN:n tiheys on 3,26 g/cm3, ja sen lämmönjohtavuus on erittäin korkea, 170 W/(m-K), mikä on yli viisi kertaa suurempi kuin alumiinioksidin lämmönjohtavuus ja lähestyy berylliaa. Valitettavasti AlN:n lämmönjohtavuutta voivat kuitenkin heikentää lähtöjauheissa olevat hapen epäpuhtaudet sintrausprosessien aikana.

Lämmönjohtavuuden parantamiseksi jauheeseen sekoitetaan sintrauksen apuaineita, kuten CaO:ta ja Y2O3:a. Tämän jälkeen hiukkaset jauhetaan ultrapieneen hiukkaskokojakaumaan korkean suorituskyvyn myllyllä, mikä mahdollistaa tiiviimmät keraamiset rakenteet. Näin saadaan aikaan tiiviitä keraamisia rakenteita, joilla on erinomaiset lämmöneristysominaisuudet.

Alumiininitridin erinomainen lämpö- ja sähköeristys tekee siitä erinomaisen materiaalin MEMS-sovelluksiin, kuten korkeataajuussuodattimiin, energiankerääjiin ja ultraääniantureihin. Lisäksi sen leveä kaistaväli, yhteensopivuus komplementaarisen metallioksidipuolijohdetekniikan (CMOS) kanssa ja ylivoimaiset pietsosähköiset ominaisuudet tekevät tästä materiaalista sopivan moniin MEMS-laitteisiin, kuten suurtaajuussuodattimiin, energiankerääjiin ja ultraääniantureihin. Lisäksi sen mekaaniset ominaisuudet mahdollistavat sen helpon muotoilun.

Korkea sähköinen eristys

Alumiininitridi on myrkytön keraaminen materiaali, jolla on erinomainen lämmönjohtavuus, sähköinen eristys ja alhaiset laajenemisominaisuudet - täydellinen suuren mittakaavan integroitujen piirien lämmöntuottoalustoihin ja pakkaussovelluksiin. Lisäksi tämä myrkytön materiaali kestää plasmaeroosiota ja kemiallista korroosiota, ja se on helposti metalloitavissa, pinnoitettavissa, juotettavissa tai juotettavissa paikoilleen - lisäksi sen Al-N-sidokset tarjoavat poikkeuksellisen hyvän korroosion-, hapettumisen- ja väsymiskestävyyden.

Keraamisella on korkeampi lämmönjohtavuus ja tiheys kuin alumiinioksidilla ja berylliumilla, mutta sen paisumiskerroin on alhaisempi kuin alumiinioksidin korkeampien lämpötilojen sovelluksissa ja se kestää paremmin plasmaeroosiota kuin useimmat metallit.

Alumiininitridi on houkutteleva vaihtoehto elektroniikkasovelluksissa alhaisen lämpölaajenemisensa ja erinomaisten sähköisten eristysominaisuuksiensa ansiosta, ja se tarjoaa tietyissä tapauksissa vaihtoehdon beryllialle. Sen pienempi tiheys ja sähköiset ominaisuudet tekevät alumiininitridistä erityisen sopivan materiaalin komponentteihin, jotka vaativat tiukkoja toleransseja, kuten radiotaajuuskomponentit.

Alumiininitridi (AlN) on houkutteleva materiaali mikroelektromekaanisten järjestelmien (MEMS) sovelluksiin, kuten korkeataajuussuodattimiin ja energiankerääjiin, sillä siinä on laajat kaistavälit ja pietsosähköiset ominaisuudet, jotka ovat yhteensopivia CMOS-tekniikan (complementary metal oxide semiconductor) kanssa. Lisäksi AlN voidaan työstää helposti sen alhaisen sulamispisteen ansiosta. Materiaalin kutistumisnopeus sintrauksen jälkeen voi kuitenkin osoittautua haasteelliseksi tiukkojen toleranssien ylläpitämisessä.

Korkea mekaaninen lujuus

Alumiininitridillä on poikkeuksellinen mekaaninen lujuus, joten se on erinomainen materiaali puolijohteiden keraamisten substraattien valmistukseen. Se on yksi vahvimmista tällä hetkellä käytetyistä keraamisista materiaaleista - sen taivutuslujuus on suurempi kuin piikarbidin ja alumiinioksidin - ja erinomaisen lämmönjohtavuutensa ansiosta se tarjoaa myös erinomaiset sähköeristysominaisuudet.

Alumiininitridin ainutlaatuinen ominaisuusyhdistelmä tekee siitä ihanteellisen teho- ja mikroelektroniikkasovelluksiin, ja se toimii usein vaihtoehtona berylliumoksidille elektroniikassa BeO:n käsittelyyn liittyvien terveysriskien vuoksi. Lisäksi alumiininitridillä on paljon pienempi lämpölaajenemiskerroin verrattuna sekä alumiinioksidiin että berylliumoksidiin, joten se sopii hyvin sovelluksiin, jotka edellyttävät matalissa lämpötiloissa toimimista.

Viimeaikaiset edistysaskeleet tehopuolijohdeteknologiassa ovat lisänneet tarvetta vaihtoehtoisille materiaaleille, jotka pystyvät tehokkaasti johtamaan lämpöä. Perinteiset keraamiset substraattimateriaalit, kuten alumiinioksidi (Al2O3) ja piinitridi (Si3N4), ovat osoittautuneet riittämättömiksi tässä suhteessa, joten AlGalN on noussut mahdolliseksi ehdokkaaksi sen erinomaisen lämmönjohtavuuden vuoksi.

Valitettavasti siirtyminen alumiinioksidista AlGalN:ään vaatii laajamittaista työstöä typpi-ilmakehässä, ja joidenkin valmistajien toimitusajat ovat pitkiä. Tämän esteen voittamiseksi jotkut yritykset ovat kehittäneet työstettäviä AlN-tuotteita, jotka valmistetaan aihioina, jotka voidaan työstää ilman timanttityökaluja ja jotka ovat kustannustehokkaampia kuin puhdas AlN. Näitä työstettäviä tuotteita voidaan myös hankkia useilta toimittajilta, mikä lyhentää toimitusaikoja entisestään.

Korkea hapettumiskestävyys

Alumiininitridi (AlN) on kiinteä alumiinin nitridi, jolla on korkea lämmönjohtavuus ja erinomaiset sähköiset eristysominaisuudet. Lisäksi AlN:n hapettumis-, kulumis- ja korroosionkestävyys suojaa sitä alumiinin sulamisen aiheuttamilta vaurioilta sekä galliumarsenidin korroosiolta; lisäksi se on myrkytön.

Ilmakehämuovi on ihanteellinen materiaali sovelluksiin vaativissa ympäristöissä, sillä se kestää korkeita lämpötiloja ja kemiallista kulutusta, joten se on täydellinen materiaali kestämään tärinää ja rasitusta ja on samalla sähköä johtava ja UV-säteilyä kestävä. Lisäksi se kestää myös korkeita jännitteitä, ja sen mekaaninen lujuus tekee siitä sopivan kestämään myös tärinää ja rasitusta. Lopuksi sähkönjohtavuus ja UV-säteilyn kestävyys tekevät tästä muovista erinomaisen materiaalin.

Tämä materiaali voidaan työstää tavanomaisilla työstökaluilla, ja sen mekaaninen lujuus ja työstettävyys ovat erinomaiset. Lisäksi sen alhainen tiheys tekee siitä sopivan kevyisiin komponentteihin ja ilmailu- ja avaruusalan osajärjestelmiin, ja se on samalla kestävämpi kuin FR-4-yleisalumiini tai kuparilla valetut piirilevyt.

Woollamin muuttuvakulmaista spektroskopista ellipsometriä (Lincoln, NE, USA) käytettiin S1- ja S4-alumiini-/sii-näytteiden, joiden kalvonpaksuudet olivat erilaisia, karakterisoimiseen XPS-luotaimella, ja N 1s-fotoelektronipiikin sitoutumisenergiaksi mitattiin 396 2 eV, mikä vastaa hyvin kokeellisia tietoja.

Tokuyaman Shapal Hi M Soft -alumiininitridimateriaali tarjoaa erinomaisen työstettävyyden ja mekaanisen lujuuden, ja se on valmistettu ainutlaatuisella prosessilla, johon on lisätty boorinitridiä kovuuden lisäämiseksi - täydellistä monenlaisiin sovelluksiin.