Aluminiumnitride en aluminiumnitride

Aluminium Nitride (AlN) is een ideaal materiaal voor thermische toepassingen. Met zijn hoge thermische geleidbaarheid, isolerende eigenschappen en lage thermische uitzettingscoëfficiënt is AlN een aantrekkelijke materiaalkeuze die een veilig alternatief is voor berylliumoxide in toepassingen voor de halfgeleiderindustrie en gemakkelijk te bewerken.

AlN kan in zijn groene, biscuit of volledig gesinterde staat bewerkt worden. Volledig gesinterd materiaal vereist echter extra tijd en vaardigheid om aan strenge toleranties te voldoen.

Hoge thermische geleidbaarheid

De uitstekende thermische geleidbaarheid van aluminiumnitride maakt het een uitstekend materiaal voor warmteafvoer in elektronische apparaten. Moderne elektronica produceert grote hoeveelheden warmte die snel moet worden afgevoerd; de isolerende eigenschappen van aluminiumnitride helpen oververhitting te voorkomen, waardoor de betrouwbaarheid na verloop van tijd toeneemt en de levensduur van componenten wordt verlengd.

AlN heeft een dichtheid van 3,26 g/cm3 en een extreem hoge thermische geleidbaarheid van 170 W/(m-K), meer dan vijf keer hoger dan die van aluminiumoxide en benadert beryllia wat betreft thermische geleidbaarheid. Helaas kan de thermische geleidbaarheid van AlN echter worden verminderd door zuurstofonzuiverheden die aanwezig zijn in startpoeders tijdens sinterprocessen.

Om de thermische geleidbaarheid te verbeteren, wordt het poeder gemengd met sinterhulpmiddelen zoals CaO en Y2O3. De deeltjes worden vervolgens fijngemalen tot een ultrafijne deeltjesgrootteverdeling met behulp van een krachtige molen, waardoor dichter opeengepakte keramische structuren mogelijk worden. Hierdoor ontstaan dichte keramische structuren met uitstekende thermische isolatie-eigenschappen.

De superieure thermische en elektrische isolatie van aluminiumnitride maakt het een uitstekend materiaal voor MEMS-toepassingen, waaronder hoogfrequent filters, energie-oogsters en ultrasone transducers. Bovendien maken de brede bandkloof, de compatibiliteit met complementaire metaaloxidehalfgeleidertechnologie (CMOS) en de superieure piëzo-elektrische eigenschappen dit materiaal geschikt voor veel MEMS-apparaten, zoals hoogfrequentfilters, energieoogsters en ultrasone transducers. Bovendien zorgen de mechanische eigenschappen ervoor dat het gemakkelijk gevormd kan worden.

Hoge elektrische isolatie

Aluminiumnitride is een niet-toxisch keramisch materiaal met uitstekende thermische geleidbaarheid, elektrische isolatie en lage expansie-eigenschappen - perfect voor grootschalige warmteafvoersubstraten voor geïntegreerde schakelingen en verpakkingstoepassingen. Bovendien is dit niet-giftige materiaal bestand tegen plasma-erosie en chemische corrosie en kan het gemakkelijk gemetalliseerd, geplateerd, gesoldeerd of op zijn plaats gesoldeerd worden - plus de Al-N bindingen bieden uitzonderlijke weerstand tegen corrosie, oxidatie en vermoeidheidsweerstand.

Keramiek heeft een hogere thermische geleidbaarheid en dichtheid dan zijn tegenhangers in aluminiumoxide en beryllia, terwijl het een lagere uitzettingscoëfficiënt heeft dan aluminiumoxide voor toepassingen bij hogere temperaturen en een superieure weerstand tegen plasma-erosie dan de meeste metalen.

Aluminiumnitride is een aantrekkelijke optie voor elektronische toepassingen vanwege de lage thermische uitzetting en uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen, waardoor het in bepaalde gevallen een alternatief is voor beryllia. De lagere dichtheid en de elektrische eigenschappen maken aluminiumnitride een bijzonder geschikt materiaal voor componenten die nauwe toleranties vereisen, zoals radiofrequentiecomponenten.

Aluminiumnitride (AlN) is een aantrekkelijk materiaal voor micro-elektromechanische systeemtoepassingen (MEMS) zoals hoogfrequente filters en energieoogsters, met brede bandbreedtes en piëzo-elektrische eigenschappen die compatibel zijn met complementaire metaaloxide halfgeleidertechnologie (CMOS). Bovendien kan AlN gemakkelijk bewerkt worden vanwege het lage smeltpunt. De krimpsnelheden na het sinteren kunnen echter een uitdaging vormen bij het handhaven van nauwe toleranties met dit materiaal.

Hoge mechanische sterkte

Aluminiumnitride heeft een uitzonderlijke mechanische sterkte, waardoor het een uitstekend materiaal is voor het maken van keramische substraten voor halfgeleiders. Het is een van de sterkste keramische materialen die momenteel gebruikt worden - met een hogere buigsterkte dan zowel siliciumcarbide als aluminiumoxide - en dankzij de uitstekende thermische geleidbaarheid heeft het ook uitstekende elektrische isolerende eigenschappen.

De unieke combinatie van eigenschappen van aluminiumnitride maakt het ideaal voor energie- en micro-elektronicatoepassingen en dient vaak als alternatief voor berylliumoxide in elektronica vanwege de gezondheidsrisico's die gepaard gaan met de omgang met BeO. Bovendien heeft aluminiumnitride een veel lagere thermische uitzettingscoëfficiënt vergeleken met aluminiumoxide en berylliumoxide, waardoor het zeer geschikt is voor toepassingen die bij lage temperaturen moeten werken.

Recente ontwikkelingen in de vermogenshalfgeleidertechnologie hebben geleid tot een grotere behoefte aan alternatieve materialen die warmte efficiënt kunnen afvoeren. Traditionele keramische substraatmaterialen, waaronder aluminiumoxide (Al2O3) en siliciumnitride (Si3N4), zijn in dit opzicht ontoereikend gebleken, dus is AlGalN naar voren gekomen als een potentiële kandidaat vanwege zijn superieure thermische geleidbaarheid.

Helaas vereist de overstap van aluminiumoxide naar AlGalN een uitgebreide machinale bewerking in een stikstofatmosfeer met lange doorlooptijden voor sommige fabrikanten. Om dit obstakel te overwinnen, hebben sommige bedrijven bewerkbare AlN-producten ontwikkeld die als knuppels worden geproduceerd en die zonder diamantgereedschap kunnen worden bewerkt en kosteneffectiever zijn dan zuiver AlN. Deze bewerkbare producten kunnen ook worden verkregen van meerdere leveranciers waardoor de doorlooptijden nog korter worden.

Hoge weerstand tegen oxidatie

Aluminiumnitride (AlN) is een vaste nitride van aluminium met een hoog warmtegeleidingsvermogen en uitstekende elektrische isolatie-eigenschappen. Bovendien beschermt de weerstand van AlN tegen oxidatie, schuren en corrosie het tegen schade door aluminiumsmelting en galliumarsenide corrosie; bovendien is het niet giftig.

Atmosferisch kunststof is een ideaal materiaal voor toepassingen in ruwe omgevingen omdat het bestand is tegen hoge temperaturen en chemische slijtage, waardoor het het perfecte materiaal is om trillingen en stress te weerstaan terwijl het elektrisch geleidend blijft en bestand is tegen UV-straling. Bovendien kunnen hoge spanningen worden verdragen terwijl de mechanische sterkte het ook geschikt maakt om trillingen en stress te weerstaan. Tot slot maken de elektrische geleidbaarheid en de weerstand tegen UV-straling deze kunststof tot een uitstekend materiaal.

Dit materiaal kan bewerkt worden met standaard bewerkingsgereedschappen en biedt uitstekende mechanische sterkte en bewerkbaarheid. Bovendien maakt de lage dichtheid het geschikt voor lichtgewicht componenten en subsystemen voor de ruimtevaart, terwijl het duurzamer is dan FR-4 algemeen aluminium of met koper gegoten printplaten.

Woollam Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer (Lincoln, NE USA) werd gebruikt om S1 en S4 AlN/Si monsters met verschillende filmdiktes te karakteriseren met behulp van een XPS sonde, met N 1s foto-elektron piek bindingsenergie gemeten als 396 2eV die goed overeenkomt met experimentele gegevens.

Tokuyama's Shapal Hi M Zacht aluminiumnitride materiaal biedt superieure bewerkbaarheid en mechanische sterkte, vervaardigd door middel van een uniek proces dat Boron Nitride toevoegt voor verhoogde hardheid - perfect voor uiteenlopende toepassingen.