Nitrure d'aluminium et nitrure d'aluminium
Le nitrure d'aluminium (AlN) est un matériau idéal pour les applications thermiques. Avec une conductivité thermique élevée, des propriétés d'isolation et un faible coefficient de dilatation thermique, l'AlN constitue un choix de matériau attrayant, une alternative sûre à l'oxyde de béryllium dans les applications de l'industrie des semi-conducteurs et un matériau facile à usiner.
L'AlN peut être usiné à l'état vert, biscuit ou entièrement fritté. Cependant, le matériau entièrement fritté nécessite plus de temps et de compétences pour respecter des tolérances strictes.
Conductivité thermique élevée
L'excellente conductivité thermique du nitrure d'aluminium en fait un excellent matériau pour la dissipation de la chaleur dans les appareils électroniques. L'électronique moderne produit de grandes quantités de chaleur qui doivent être dissipées rapidement. Les propriétés d'isolation du nitrure d'aluminium permettent d'éviter toute surchauffe, ce qui augmente la fiabilité dans le temps et prolonge la durée de vie des composants.
L'AlN a une densité de 3,26 g/cm3, ainsi qu'une conductivité thermique extrêmement élevée de 170 W/(m-K), plus de cinq fois supérieure à celle de l'alumine et proche de la béryllium en termes de conductivité thermique. Malheureusement, la conductivité thermique de l'AlN peut être réduite par les impuretés d'oxygène présentes dans les poudres de départ au cours des processus de frittage.
Pour améliorer la conductivité thermique, la poudre est mélangée à des adjuvants de frittage tels que CaO et Y2O3. Les particules sont ensuite broyées jusqu'à obtenir une distribution granulométrique ultrafine à l'aide d'un broyeur haute performance, ce qui permet d'obtenir des structures céramiques plus serrées. Cela permet de créer des structures céramiques denses dotées d'excellentes propriétés d'isolation thermique.
L'isolation thermique et électrique supérieure du nitrure d'aluminium en fait un excellent matériau pour les applications MEMS, notamment les filtres à haute fréquence, les capteurs d'énergie et les transducteurs à ultrasons. En outre, sa large bande interdite, sa compatibilité avec la technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS) et ses propriétés piézoélectriques supérieures en font un matériau adapté à de nombreux dispositifs MEMS tels que les filtres à haute fréquence, les collecteurs d'énergie et les transducteurs à ultrasons. En outre, ses propriétés mécaniques lui permettent d'être facilement mis en forme.
Haute isolation électrique
Le nitrure d'aluminium est un matériau céramique non toxique qui présente d'excellentes propriétés de conductivité thermique, d'isolation électrique et de faible dilatation - parfait pour les substrats de dissipation thermique des circuits intégrés à grande échelle et les applications d'emballage. En outre, ce matériau non toxique résiste à l'érosion par plasma et à la corrosion chimique et peut être facilement métallisé, plaqué, brasé ou brasé en place. De plus, ses liaisons Al-N offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion, à l'oxydation et à la fatigue.
La céramique présente une conductivité thermique et une densité supérieures à celles de l'alumine et du béryllia, tout en ayant un coefficient de dilatation inférieur à celui de l'alumine pour les applications à haute température et une résistance à l'érosion par plasma supérieure à celle de la plupart des métaux.
Le nitrure d'aluminium est une option intéressante dans les applications électroniques en raison de sa faible dilatation thermique et de ses excellentes propriétés d'isolation électrique, ce qui en fait une alternative à la béryllium dans certains cas. Sa faible densité et ses propriétés électriques font du nitrure d'aluminium un matériau particulièrement adapté aux composants nécessitant des tolérances serrées, tels que les composants de radiofréquence.
Le nitrure d'aluminium (AlN) est un matériau intéressant pour les systèmes microélectromécaniques (MEMS) tels que les filtres à haute fréquence et les collecteurs d'énergie, car il présente de larges bandes interdites et des propriétés piézoélectriques compatibles avec la technologie des semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS). En outre, l'AlN peut être facilement usiné en raison de son faible point de fusion. Cependant, ses taux de rétrécissement après frittage peuvent s'avérer un défi pour le maintien de tolérances serrées avec ce matériau.
Résistance mécanique élevée
Le nitrure d'aluminium présente une résistance mécanique exceptionnelle, ce qui en fait un excellent matériau pour la création de substrats céramiques destinés aux semi-conducteurs. C'est l'un des matériaux céramiques les plus solides actuellement utilisés - sa résistance à la flexion est supérieure à celle du carbure de silicium et de l'oxyde d'aluminium - et, grâce à ses excellentes propriétés de conductivité thermique, il offre également d'excellentes propriétés d'isolation électrique.
La combinaison unique des propriétés du nitrure d'aluminium le rend idéal pour les applications dans le domaine de l'énergie et de la microélectronique, et il sert souvent d'alternative à l'oxyde de béryllium dans l'électronique en raison des risques pour la santé associés à la manipulation du BeO. En outre, le nitrure d'aluminium présente un coefficient de dilatation thermique nettement inférieur à celui de l'alumine et de l'oxyde de béryllium, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications nécessitant un fonctionnement à basse température.
Les progrès récents de la technologie des semi-conducteurs de puissance ont créé un besoin accru de matériaux alternatifs capables de dissiper efficacement la chaleur. Les substrats céramiques traditionnels, notamment l'oxyde d'aluminium (Al2O3) et le nitrure de silicium (Si3N4), se sont révélés insuffisants à cet égard, si bien que l'AlGalN est apparu comme un candidat potentiel en raison de sa conductivité thermique supérieure.
Malheureusement, le passage de l'alumine à l'AlGalN nécessite un usinage poussé dans une atmosphère d'azote, ce qui entraîne des délais d'exécution très longs pour certains fabricants. Pour surmonter cet obstacle, certaines entreprises ont mis au point des produits AlN usinables fabriqués sous forme de billettes qui peuvent être usinées sans utiliser d'outils diamantés et qui sont plus rentables que l'AlN pur. Ces produits usinables peuvent également être obtenus auprès de plusieurs fournisseurs, ce qui réduit encore les délais de livraison.
Haute résistance à l'oxydation
Le nitrure d'aluminium (AlN) est un nitrure solide d'aluminium qui présente une conductivité thermique élevée et d'excellentes propriétés d'isolation électrique. En outre, la résistance de l'AlN à l'oxydation, à l'abrasion et à la corrosion le protège contre les dommages causés par la fusion de l'aluminium et la corrosion de l'arséniure de gallium ; de plus, il n'est pas toxique.
Le plastique atmosphérique est un matériau idéal pour les applications dans les environnements difficiles, car il peut résister aux températures élevées et à l'abrasion chimique, ce qui en fait le matériau idéal pour résister aux vibrations et aux contraintes tout en restant électriquement conducteur et résistant aux rayons UV. En outre, il peut tolérer des tensions élevées et sa résistance mécanique lui permet de résister également aux vibrations et au stress. Enfin, la conductivité électrique et la résistance aux rayons UV font de ce plastique un excellent matériau.
Ce matériau peut être usiné à l'aide d'outils d'usinage standard, offrant une excellente résistance mécanique et une bonne usinabilité. En outre, sa faible densité le rend adapté aux composants légers et aux sous-systèmes aérospatiaux, tout en étant plus durable que les circuits imprimés généraux en aluminium ou en cuivre FR-4.
L'ellipsomètre spectroscopique à angle variable Woollam (Lincoln, NE USA) a été utilisé pour caractériser les échantillons S1 et S4 AlN/Si avec différentes épaisseurs de film à l'aide d'une sonde XPS. L'énergie de liaison du pic du photoélectron N 1s a été mesurée à 396 2eV, ce qui correspond bien aux données expérimentales.
Le nitrure d'aluminium Shapal Hi M Soft de Tokuyama offre une usinabilité et une résistance mécanique supérieures, grâce à un procédé unique qui ajoute du nitrure de bore pour augmenter la dureté - parfait pour une grande variété d'applications.
