Nitruro di alluminio e nitruro di alluminio
Il nitruro di alluminio (AlN) è un materiale ideale da utilizzare nelle applicazioni termiche. Grazie all'elevata conducibilità termica, alle proprietà isolanti e al basso coefficiente di espansione termica, l'AlN rappresenta un'interessante scelta di materiale, un'alternativa sicura all'ossido di berillio nelle applicazioni dell'industria dei semiconduttori e facile da lavorare.
L'AlN può essere lavorato allo stato verde, biscottoso o completamente sinterizzato. Tuttavia, il materiale completamente sinterizzato richiede tempo e abilità supplementari per soddisfare tolleranze rigorose.
Elevata conducibilità termica
L'eccellente conducibilità termica del nitruro di alluminio lo rende un materiale eccellente per la dissipazione del calore nei dispositivi elettronici. L'elettronica moderna produce grandi quantità di calore che devono essere dissipate rapidamente; le proprietà isolanti del nitruro di alluminio contribuiscono a evitare il surriscaldamento, aumentando l'affidabilità nel tempo e prolungando la durata dei componenti.
L'AlN ha una densità di 3,26 g/cm3 e una conducibilità termica estremamente elevata, pari a 170 W/(m-K), più di cinque volte superiore a quella dell'allumina e vicina alla berillia in termini di conducibilità termica. Purtroppo, però, la conducibilità termica dell'AlN può essere ridotta dalle impurità di ossigeno presenti nelle polveri di partenza durante i processi di sinterizzazione.
Per migliorare la conduttività termica, la polvere viene mescolata con coadiuvanti di sinterizzazione come CaO e Y2O3. Le particelle vengono poi macinate con un mulino ad alte prestazioni fino a raggiungere una distribuzione granulometrica ultrafine, che consente di ottenere strutture ceramiche più compatte. In questo modo si creano strutture ceramiche dense con eccellenti proprietà di isolamento termico.
L'isolamento termico ed elettrico superiore del nitruro di alluminio lo rende un materiale eccellente per le applicazioni MEMS, compresi i filtri ad alta frequenza, gli accumulatori di energia e i trasduttori a ultrasuoni. Inoltre, l'ampio band gap, la compatibilità con la tecnologia dei semiconduttori complementari a ossidi metallici (CMOS) e le proprietà piezoelettriche superiori rendono questo materiale adatto a molti dispositivi MEMS, come filtri ad alta frequenza, harvester di energia e trasduttori a ultrasuoni. Inoltre, le sue proprietà meccaniche ne consentono una facile formatura.
Elevato isolamento elettrico
Il nitruro di alluminio è un materiale ceramico atossico con eccellenti proprietà di conducibilità termica, isolamento elettrico e bassa espansione, perfetto per i substrati di dissipazione del calore dei circuiti integrati su larga scala e per le applicazioni di imballaggio. Inoltre, questo materiale atossico resiste all'erosione del plasma e alla corrosione chimica e può essere facilmente metallizzato, placcato, brasato o brasato in posizione - inoltre i suoi legami Al-N forniscono un'eccezionale resistenza alla corrosione, all'ossidazione e alla fatica.
La ceramica ha una conducibilità termica e una densità più elevate rispetto alle sue controparti in allumina e berillia, pur vantando un coefficiente di espansione inferiore a quello dell'allumina per le applicazioni a temperature più elevate e una resistenza all'erosione da plasma superiore a quella della maggior parte dei metalli.
Il nitruro di alluminio è un'opzione interessante nelle applicazioni elettroniche grazie alla sua bassa espansione termica e alle sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico, che in alcuni casi rappresentano un'alternativa alla berillia. La sua minore densità e le sue proprietà elettriche rendono il nitruro di alluminio un materiale particolarmente adatto per i componenti che richiedono tolleranze ristrette, come i componenti a radiofrequenza.
Il nitruro di alluminio (AlN) è un materiale interessante per le applicazioni dei sistemi microelettromeccanici (MEMS), come i filtri ad alta frequenza e gli accumulatori di energia, grazie all'ampia banda passante e alle proprietà piezoelettriche compatibili con la tecnologia dei semiconduttori complementari a ossidi metallici (CMOS). Inoltre, l'AlN può essere facilmente lavorato grazie al suo basso punto di fusione. Tuttavia, i suoi tassi di contrazione dopo la sinterizzazione possono rappresentare una sfida per il mantenimento di tolleranze strette con questo materiale.
Elevata resistenza meccanica
Il nitruro di alluminio vanta un'eccezionale resistenza meccanica, che lo rende un materiale eccellente per la creazione di substrati ceramici per semiconduttori. È uno dei materiali ceramici più resistenti attualmente in uso - con una resistenza alla flessione superiore a quella del carburo di silicio e dell'ossido di alluminio - e grazie alle sue eccellenti proprietà di conducibilità termica offre anche ottime proprietà di isolamento elettrico.
La combinazione unica di proprietà del nitruro di alluminio lo rende ideale per le applicazioni di potenza e microelettronica e spesso funge da alternativa all'ossido di berillio nell'elettronica a causa dei rischi per la salute associati alla manipolazione del BeO. Inoltre, il nitruro di alluminio vanta un coefficiente di espansione termica molto più basso rispetto all'allumina e all'ossido di berillio, il che lo rende adatto alle applicazioni che richiedono un funzionamento a bassa temperatura.
I recenti progressi nella tecnologia dei semiconduttori di potenza hanno fatto crescere l'esigenza di materiali alternativi in grado di dissipare efficacemente il calore. I tradizionali substrati ceramici, tra cui l'ossido di alluminio (Al2O3) e il nitruro di silicio (Si3N4), si sono dimostrati insufficienti a questo scopo, per cui l'AlGalN è emerso come potenziale candidato grazie alla sua superiore conduttività termica.
Purtroppo, il passaggio dall'allumina all'AlGalN richiede un'ampia lavorazione in atmosfera di azoto, con tempi di consegna lunghi per alcuni produttori. Per superare questo ostacolo, alcune aziende hanno sviluppato prodotti AlN lavorabili, fabbricati sotto forma di billette che possono essere lavorate senza l'uso di utensili diamantati e sono più convenienti dell'AlN puro. Questi prodotti lavorabili possono anche essere ottenuti da più fornitori, riducendo ulteriormente i tempi di consegna.
Elevata resistenza all'ossidazione
Il nitruro di alluminio (AlN) è un nitruro solido di alluminio con elevata conducibilità termica ed eccellenti proprietà di isolamento elettrico. Inoltre, la resistenza dell'AlN all'ossidazione, all'abrasione e alla corrosione lo protegge dai danni derivanti dalla fusione dell'alluminio e dalla corrosione dell'arseniuro di gallio; è inoltre atossico.
La plastica atmosferica è un materiale ideale per le applicazioni in ambienti difficili, in quanto è in grado di resistere alle alte temperature e all'abrasione chimica, rendendolo il materiale perfetto per sopportare vibrazioni e sollecitazioni, pur rimanendo elettricamente conduttivo e resistente ai raggi UV. Inoltre, può tollerare anche tensioni elevate e la sua forza meccanica lo rende adatto a resistere anche a vibrazioni e sollecitazioni. Infine, la conduttività elettrica e la resistenza ai raggi UV rendono questa plastica un materiale eccellente.
Questo materiale può essere lavorato con utensili standard e offre un'eccellente resistenza meccanica e lavorabilità. Inoltre, la sua bassa densità lo rende adatto a componenti leggeri e sottosistemi aerospaziali, pur essendo più durevole dei circuiti stampati FR-4 in alluminio o rame.
L'elioscopio ad angolo variabile Woollam (Lincoln, NE USA) è stato utilizzato per caratterizzare i campioni S1 e S4 di AlN/Si con diversi spessori di film utilizzando una sonda XPS, con l'energia di legame del picco del fotoelettrone N 1s misurata a 396 2eV, che corrisponde bene ai dati sperimentali.
Il materiale in nitruro di alluminio Shapal Hi M Soft di Tokuyama offre una lavorabilità e una resistenza meccanica superiori, grazie a un processo unico che aggiunge nitruro di boro per aumentare la durezza - perfetto per un'ampia varietà di applicazioni.
