Nitrid aluminija i Nitrid aluminija

Nitrid aluminija (AlN) je idealan materijal za primjenu u termalnim aplikacijama. S visokom toplinskom provodljivošću, izolacijskim svojstvima i niskim koeficijentom toplinskog širenja, AlN predstavlja privlačan materijal, sigurnu alternativu oksidu berilija u primjenama poluvodičke industrije i jednostavan za obradu.

AlN se može obrađivati u zelenom, biskvitnom ili potpuno sinteriranom stanju. Međutim, potpuno sinterirani materijal zahtijeva dodatno vrijeme i vještinu kako bi se zadovoljile stroge tolerancije.

Visoka toplinska provodljivost

Izvrsna toplinska provodljivost aluminijevog nitrida čini ga izvrsnim materijalom za rasipanje topline u elektroničkim uređajima. Moderna elektronika proizvodi velike količine topline koje se moraju brzo rasipati; izolacijska svojstva aluminijevog nitrida pomažu spriječiti pregrijavanje, povećavajući pouzdanost tijekom vremena i produljujući vijek trajanja komponenti.

AlN ima gustoću od 3,26 g/cm3, kao i izuzetno visoku toplinsku provodnost od 170 W/(m·K), više od pet puta veću od alumine i gotovo jednaku onoj berilije po pitanju toplinske provodnosti. Nažalost, toplinska provodnost AlN-a može se smanjiti zbog nečistoća kisika prisutnih u početnim prahovima tijekom procesa sinteriranja.

Kako bi se poboljšala toplinska provodljivost, prah se miješa s pomoćnim sredstvima za sinteriranje poput CaO i Y2O3. Zatim se čestice melju do ultrafine veličine čestica pomoću visokoučinkovitog mlinova, što omogućuje gušće keramičke strukture. Time se stvaraju guste keramičke strukture s izvrsnim svojstvima toplinske izolacije.

Izvrsna toplinska i električna izolacija nitrida aluminija čine ga izvrsnim materijalom za MEMS primjene, uključujući visokofrekventne filtre, prikupljače energije i ultrazvučne pretvarače. Nadalje, široki zabranjeni pomak, kompatibilnost s komplementarnom metal-oksidnom poluvodičkom (CMOS) tehnologijom i vrhunska piezoelektrična svojstva čine ovaj materijal pogodnim za mnoge MEMS uređaje, poput visokofrekventnih filtara, prikupljača energije i ultrazvučnih pretvarača. Osim toga, njegova mehanička svojstva omogućuju jednostavno oblikovanje.

Visoka električna izolacija

Aluminijev nitrid je netoksični keramički materijal s izvrsnom toplinskom provodljivošću, električnom izolacijom i niskom sklonošću širenju – savršen za velike površine za rasipanje topline integriranih sklopova i primjene u pakiranju. Osim toga, ovaj netoksični materijal otporan je na eroziju plazme i kemijsku koroziju te se lako metalizira, pozlaćuje, lemuje ili zavaruje na mjesto – uz to, njegove Al–N veze pružaju iznimnu otpornost na koroziju, oksidaciju i zamor materijala.

Keramika ima veću toplinsku provodnost i gustoću od svojih analoga od alumine i berilije, a istovremeno ima niži koeficijent širenja od alumine za primjene na višim temperaturama te superiorniju otpornost na eroziju plazme od većine metala.

Nitrid aluminija ističe se kao privlačna opcija u elektroničkim primjenama zbog niske toplinske ekspanzije i izvrsnih svojstava električne izolacije, pružajući u određenim slučajevima alternativu beriliju. Njegova niža gustoća i električna svojstva čine nitrid aluminija osobito pogodnim materijalom za komponente koje zahtijevaju uske tolerancije, poput radiofrekvencijskih komponenti.

Aluminijev nitrid (AlN) je privlačan materijal za primjenu u mikroelektromehaničkim sustavima (MEMS), poput visokofrekventnih filtara i pretvarača energije, s velikim širina zabranjenih pojaseva i piezoelektričnim svojstvima kompatibilnim s komplementarnom metal-oksid-poluvodičnom (CMOS) tehnologijom. Nadalje, AlN se može lako obraditi zbog niske točke topljenja. Međutim, stope skupljanja nakon sinteriranja mogu predstavljati izazov pri održavanju uskih tolerancija s ovim materijalom.

Visoka mehanička čvrstoća

Nitrid aluminija odlikuje se iznimnom mehaničkom čvrstoćom, što ga čini izvrsnim materijalom za izradu keramičkih podloga za poluvodiče. Kao jedan od najčvršćih keramičkih materijala koji se trenutno koriste – s većom čvrstoćom savijanja od karbida silicija i oksida aluminija – te zahvaljujući izvrsnim svojstvima toplinske provodljivosti, nudi i izvrsna električna izolacijska svojstva.

Jedinstvena kombinacija svojstava aluminijevog nitrida čini ga idealnim za primjene u energetici i mikroelektronici, a često služi kao alternativa beрилijevom oksidu u elektronici zbog zdravstvenih rizika povezanih s rukovanjem BeO. Nadalje, aluminijev nitrid ima znatno niži koeficijent toplinske ekspanzije u usporedbi s aluminom i beрилijevim oksidom, što ga čini pogodnim za primjene koje zahtijevaju rad na niskim temperaturama.

Nedavni napredak u tehnologiji poluvodiča za snagu stvorio je povećanu potrebu za alternativnim materijalima koji mogu učinkovito raspršivati toplinu. Tradicionalni keramički materijali za podloge, uključujući aluminijev oksid (Al2O3) i silicijev nitrid (Si3N4), pokazali su se nedostatnima u tom pogledu, pa se AlGalN nametnuo kao potencijalni kandidat zbog svoje superiorne toplinske provodljivosti.

Nažalost, prelazak s alumine na AlGalN zahtijeva opsežno strojno obradu u dušikovoj atmosferi uz duge rokove isporuke kod nekih proizvođača. Kako bi se prevladala ova prepreka, neke su tvrtke razvile obradive AlN proizvode proizvedene u obliku bileta koji se mogu obrađivati bez upotrebe dijamantnih alata i koji su isplativiji od čistog AlN-a. Ti se obradivi proizvodi također mogu nabaviti od više dobavljača, što dodatno skraćuje rokove isporuke.

Visoka otpornost na oksidaciju

Nitrid aluminija (AlN) je čvrsti nitrid aluminija s visokom toplinskom provodljivošću i izvrsnim električnim izolacijskim svojstvima. Osim toga, otpornost AlN-a na oksidaciju, abraziju i koroziju štiti ga od oštećenja pri taljenju aluminija, kao i od korozije arsenida galia; nadalje, nije toksičan.

Atmosferska plastika je idealan materijal za primjenu u zahtjevnim okruženjima jer može izdržati visoke temperature i kemijsku eroziju, što je čini savršenim materijalom za podnošenje vibracija i naprezanja uz zadržavanje električne provodljivosti i otpornosti na UV zračenje. Osim toga, može podnijeti i visoke napone, a njezina mehanička čvrstoća čini je pogodnom za otpor vibracijama i naprezanju. Na kraju, električna provodljivost i otpornost na UV zračenje čine ovu plastiku izvrsnim materijalom.

Ovaj se materijal može obrađivati standardnim alatima, pružajući izvrsnu mehaničku čvrstoću i obradivost. Nadalje, niska gustoća čini ga pogodnim za lagane komponente i zrakoplovne podsustave, a istovremeno je izdržljiviji od FR-4 ploča opće namjene te aluminijskih ili bakrom prelivenih tiskanih pločica.

Woollam spektroskopski elipsometrom s promjenjivim kutom (Lincoln, NE, SAD) korišten je za karakterizaciju S1 i S4 AlN/Si uzoraka s različitim debljinama sloja pomoću XPS sonde, pri čemu je energija vezanja vrha fotoelektrona N 1s izmjerena na 396,2 eV, što se dobro podudara s eksperimentalnim podacima.

Tokuyamina Shapal Hi M Soft aluminijska nitridna legura nudi izvrsnu obradivost i mehaničku čvrstoću, proizvedena jedinstvenim postupkom u koji se dodaje borov nitrid radi povećane tvrdoće – savršena za širok raspon primjena.