Alumínium-nitrid és alumínium-nitrid

Az alumínium-nitrid (AlN) ideális anyag a termikus alkalmazásokban való felhasználásra. A magas hővezető képesség, a szigetelési tulajdonságok és az alacsony hőtágulási együttható miatt az AlN vonzó anyagválasztás, amely a berillium-oxid biztonságos alternatívája a félvezetőipari alkalmazásokban, és könnyen megmunkálható.

Az AlN megmunkáláshoz megmunkálható zöld, kekszes vagy teljesen szinterezett állapotban. A teljesen szinterezett anyag azonban több időt és szakértelmet igényel a szigorú tűréshatárok betartása érdekében.

Magas hővezető képesség

Az alumínium-nitrid kiváló hővezető képessége miatt kiváló anyag az elektronikus eszközök hőelvezetéséhez. A modern elektronika nagy mennyiségű hőt termel, amelyet gyorsan el kell vezetni; az alumínium-nitrid szigetelő tulajdonságai segítenek abban, hogy a túlmelegedés ne következzen be, ami növeli a megbízhatóságot és meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát.

Az AlN sűrűsége 3,26 g/cm3 , valamint rendkívül magas, 170 W/(m-K) hővezető képessége több mint ötször nagyobb, mint az alumínium-oxidé, és hővezető képessége megközelíti a berilliumét. Sajnos azonban az AlN hővezető képességét a szinterelési folyamatok során a kiindulási porokban jelen lévő oxigén szennyeződések csökkenthetik.

A hővezetés javítása érdekében a port szinterelési segédanyagokkal, például CaO-val és Y2O3-mal keverik. A részecskéket ezután nagy teljesítményű malom segítségével ultrafinom szemcseméret-eloszlásúra őrlik, ami szorosabb kerámiaszerkezeteket tesz lehetővé. Ezáltal sűrű kerámiaszerkezetek jönnek létre, amelyek kiváló hőszigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek.

Az alumínium-nitrid kiváló hő- és elektromos szigetelése miatt kiváló anyag a MEMS alkalmazásokhoz, beleértve a nagyfrekvenciás szűrőket, az energiaszűrőket és az ultrahangos átalakítókat. Továbbá széles sávhézaga, a komplementer fémoxid-félvezető (CMOS) technológiával való kompatibilitása és kiváló piezoelektromos tulajdonságai alkalmassá teszik ezt az anyagot számos MEMS-eszközhöz, például nagyfrekvenciás szűrőkhöz, energia-learatókhoz és ultrahangos átalakítókhoz. Ezenkívül mechanikai tulajdonságai lehetővé teszik, hogy könnyen alakítható legyen.

Magas elektromos szigetelés

Az alumínium-nitrid nem mérgező kerámiaanyag, amely kiváló hővezető képességgel, elektromos szigeteléssel és alacsony tágulási tulajdonságokkal rendelkezik - tökéletes nagyméretű integrált áramkörök hőelvezető szubsztrátjaihoz és csomagolási alkalmazásokhoz. Ezenkívül ez a nem mérgező anyag ellenáll a plazmaeróziónak és a kémiai korróziónak, és könnyen fémezhető, galvanizálható, forrasztható vagy forrasztható - továbbá az Al-N kötései kivételes ellenállást biztosítanak a korrózióval, oxidációval és fáradással szemben.

A kerámia nagyobb hővezető képességgel és sűrűséggel rendelkezik, mint alumínium- és berillium-dioxid társai, miközben a magasabb hőmérsékletű alkalmazásokhoz alacsonyabb tágulási együtthatóval büszkélkedhet, mint az alumínium-oxid, és a legtöbb fémnél jobb plazmaerózió-ellenállással.

Az alumínium-nitrid alacsony hőtágulása és kiváló elektromos szigetelési tulajdonságai miatt vonzó lehetőség az elektronikai alkalmazásokban, és bizonyos esetekben a berillia alternatíváját jelenti. Alacsonyabb sűrűsége és elektromos tulajdonságai miatt az alumínium-nitrid különösen alkalmas anyag a szűk tűréseket igénylő alkatrészek, például rádiófrekvenciás alkatrészek számára.

Az alumínium-nitrid (AlN) vonzó anyag a mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) alkalmazásaihoz, például a nagyfrekvenciás szűrőkhöz és az energiagyűjtőkhöz, mivel széles sávhézaggal és piezoelektromos tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek kompatibilisek a komplementer fém-oxid félvezető (CMOS) technológiával. Ezenfelül az AlN alacsony olvadáspontja miatt könnyen megmunkálható. A szinterezés utáni zsugorodási sebessége azonban kihívást jelenthet a szoros tűréshatárok betartása során.

Nagy mechanikai szilárdság

Az alumínium-nitrid kivételes mechanikai szilárdsággal büszkélkedhet, így kiváló anyag a félvezetők kerámia hordozóinak előállításához. A jelenleg használt egyik legerősebb kerámiaanyagként - nagyobb hajlítószilárdsággal, mint a szilíciumkarbid és az alumínium-oxid - és kiváló hővezetési tulajdonságainak köszönhetően kiváló elektromos szigetelő tulajdonságokkal is rendelkezik.

Az alumínium-nitrid egyedülálló tulajdonságkombinációja miatt ideális az energia- és mikroelektronikai alkalmazásokhoz, és gyakran a berillium-oxid alternatívájaként szolgál az elektronikában a BeO kezelésével járó egészségügyi kockázatok miatt. Továbbá az alumínium-nitrid sokkal alacsonyabb hőtágulási együtthatóval büszkélkedhet mind az alumínium-oxidhoz, mind a berillium-oxidhoz képest, így jól alkalmazható az alacsony hőmérsékletű működést igénylő alkalmazásokban.

A teljesítmény-félvezető technológia közelmúltbeli fejlődése megnövekedett igényt teremtett a hő hatékony elvezetésére alkalmas alternatív anyagok iránt. A hagyományos kerámia hordozóanyagok, beleértve az alumínium-oxidot (Al2O3) és a szilícium-nitridet (Si3N4), elégtelennek bizonyultak ebből a szempontból, így az AlGalN kiváló hővezető képessége miatt potenciális jelöltként jelent meg.

Sajnos az alumínium-oxidról az AlGalN-ra való átálláshoz kiterjedt megmunkálásra van szükség nitrogén atmoszférában, ami egyes gyártóknál hosszú átfutási időt igényel. Ennek az akadálynak a leküzdésére néhány vállalat olyan megmunkálható AlN termékeket fejlesztett ki, amelyeket tuskóként gyártanak, és amelyek gyémánt szerszámok használata nélkül megmunkálhatók, és költséghatékonyabbak, mint a tiszta AlN. Ezek a megmunkálható termékek több beszállítótól is beszerezhetők, ami tovább csökkenti az átfutási időt.

Magas oxidációs ellenállás

Az alumínium-nitrid (AlN) egy szilárd alumínium-nitrid, amely nagy hővezető képességgel és kiváló elektromos szigetelési tulajdonságokkal rendelkezik. Ezenkívül az AlN oxidációval, kopással és korrózióval szembeni ellenállása megvédi az alumínium olvadásából eredő károsodástól, valamint a gallium-arzenid korróziójától; továbbá nem mérgező.

Az atmoszférikus műanyag ideális anyag a zord környezetben történő alkalmazásokhoz, mivel ellenáll a magas hőmérsékletnek és a kémiai kopásnak, így tökéletes anyag a rezgés és a stressz elviselésére, miközben elektromosan vezető és UV-sugárzásálló marad. Továbbá a nagyfeszültségeket is elviseli, míg mechanikai szilárdsága alkalmassá teszi arra, hogy ellenálljon a rezgéseknek és a stressznek is. Végül pedig az elektromos vezetőképesség és az UV-sugárzással szembeni ellenállás teszi ezt a műanyagot kiváló anyaggá.

Ez az anyag a szokásos megmunkálószerszámokkal megmunkálható, kiváló mechanikai szilárdságot és megmunkálhatóságot kínál. Továbbá alacsony sűrűsége alkalmassá teszi könnyű alkatrészek és űrtechnikai alrendszerek gyártására, miközben tartósabb, mint az FR-4 általános alumínium vagy rézzel öntött NYÁK.

A Woollam változó szögű spektroszkópiai ellipszométert (Lincoln, NE USA) használták a különböző filmvastagságú S1 és S4 AlN/Si minták jellemzésére XPS-szondával, az N 1s fotoelektron-csúcs kötési energiája 396 2eV volt, ami jól megfelel a kísérleti adatoknak.

A Tokuyama Shapal Hi M Soft alumínium-nitrid anyaga kiváló megmunkálhatóságot és mechanikai szilárdságot kínál, és olyan egyedi eljárással készül, amely bór-nitridet ad hozzá a megnövelt keménység érdekében - tökéletes a legkülönbözőbb alkalmazásokhoz.