Seit 2023 ist die globale Marktgröße von Aluminiumnitrid hat 151,5 Millionen US-Dollar erreicht und wird voraussichtlich von 2024 bis 2032 weiter wachsen, von 159,8 Millionen US-Dollar auf 246,5 Millionen US-Dollar. Dies zeigt die Bedeutung von Aluminiumnitrid als fortschrittliches Material.
Kennen Sie sich mit Aluminiumnitridkeramik aus? In diesem Artikel erfahren Sie alles über die wichtigsten Eigenschaften und den Anwendungswert von Aluminiumnitridkeramik.
Direktlinks
- Einführung in Aluminiumnitridkeramik
- Leistungseigenschaften von Aluminiumnitridkeramik
- Herstellungsprozess von Aluminiumnitrid
- Anwendung von Aluminiumnitridkeramik
- Wie wählt man Aluminiumnitridprodukte aus?
Falls Sie keine Zeit haben, den gesamten Artikel zu lesen, haben wir eine Liste mit häufig gestellten Fragen anderer Nutzer zusammengestellt. Wir hoffen, diese kurzen Antworten helfen Ihnen weiter.
Einführung in Aluminiumnitridkeramik
Was ist Aluminiumnitridkeramik?
Aluminiumnitridkeramik bestehen aus Aluminiumnitrid, einem Hochleistungs-Nichtoxid-Keramikmaterial aus Aluminium- und Stickstoffelementen, dessen chemische Formel AlN lautet.
Aluminiumnitridkeramiken weisen hervorragende physikalische und chemische Eigenschaften auf und ihre Farbe ist in praktischen Anwendungen normalerweise cremefarben oder hellgelb.
Die Bedeutung von Aluminiumnitridkeramik in der modernen Industrie
Vielleicht werden Sie feststellen, dass Aluminiumnitridkeramik im täglichen Leben an vielen Stellen zu sehen ist. Ja, Aluminiumnitridkeramik spielt in der modernen Industrie eine unverzichtbare Rolle.
Als leistungsstarkes elektronisches Keramikmaterial wird Aluminiumnitridkeramik in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Halbleiterherstellung, der LED-Verpackung, in elektronischen Hochleistungsgeräten und in der Luft- und Raumfahrt.
Aluminiumnitrid weist eine Wärmeleitfähigkeit von über 170 W/mK auf und verfügt über eine hervorragende elektrische Isolierung. Diese seltene Kombination von Eigenschaften macht es besonders geeignet für die Wärmeableitung und Isolierung in elektronischen Anwendungen.
Es ist erwähnenswert, dass im Vergleich zu einem anderen gängigen Keramikmaterial, Aluminiumoxid (Al₂O₃)Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid ist mehr als fünfmal so hoch wie die von Aluminiumoxid. Berylliumoxid (BeO) weist zwar ähnliche thermische Eigenschaften auf, ist jedoch mit schwerwiegenden Toxizitätsproblemen behaftet. Aluminiumnitrid hingegen bietet eine sicherere und ebenso effiziente Alternative.
Leistungseigenschaften von Aluminiumnitridkeramik
Im Folgenden sind einige Eigenschaften von Aluminiumnitridkeramik zu Ihrer Information aufgeführt:
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Leistungskategorie |
Leistungsindikatoren |
Parameterwert |
Einheit |
|
Thermische Eigenschaften |
Wärmeleitfähigkeit (25 °C) |
170-321 |
W/(m·K) |
|
Wärmeausdehnungskoeffizient (25–400 °C) |
4.5 |
×10⁻⁶/℃ |
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Maximale Betriebstemperatur (Inertgas) |
2200 |
℃ |
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|
Oxidationsbeginntemperatur (Luft) |
700 |
℃ |
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Elektrische Eigenschaften |
Volumenwiderstand (25 °C) |
＞1014 |
Ω·cm |
|
Dielektrizitätskonstante Geschwindigkeit (1 MHz) |
8.5-9.0 |
– |
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|
Dielektrischer Verlust (1 MHz) |
0.0005 |
– |
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Durchschlagspannung Stärke |
15-20 |
kV/mm |
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Mechanische Eigenschaften |
Dichte |
3.26 |
g/cm³ |
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Vickershärte |
12 |
Notendurchschnitt |
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Biegefestigkeit |
350-420 |
MPa |
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Elastizitätsmodul |
320 |
Notendurchschnitt |
|
|
Poissonzahl |
0.22 |
– |
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|
Druckfestigkeit |
3000 |
MPa |
Thermische Eigenschaften
Wärmeleitfähigkeit:
Das herausragendste Merkmal von Aluminiumnitridkeramik ist ihre hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Unter normalen Temperaturbedingungen kann ihre Wärmeleitfähigkeit 321 W/(m·K) erreichen, und in der Praxis liegt die Wärmeleitfähigkeit polykristalliner Aluminiumnitridkeramiken in der Regel über 170 W/(m·K). Mit dieser hervorragenden Leistung übertrifft sie die von Aluminiumoxidkeramiken deutlich.
Wärmeausdehnungskoeffizient:
Auch der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitridkeramik verdient Beachtung. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist mit dem von Silizium kompatibel. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitrid im Bereich von 25–400 °C beträgt 4,5 × 10⁻⁶/°C, während der von Silizium bei 3,5–4 × 10⁻⁶/°C liegt. Ein Vergleich der beiden Werte zeigt, dass sie sehr nahe beieinander liegen. Dank dieser hervorragenden Anpassungseigenschaften kann die Spannungsakkumulation bei Temperaturwechselbelastung effektiv reduziert und so die Lebensdauer elektronischer Geräte deutlich erhöht werden.
Thermische Stabilität:
Aluminiumnitridkeramiken zeichnen sich durch hervorragende thermische Stabilität und extrem hohe Hitzebeständigkeit aus. In inerter Atmosphäre bleiben sie bei hohen Temperaturen von 2200 °C stabil. Selbst an der Luft beginnt die Oberflächenoxidation erst bei Temperaturen über 700 °C, und die Oberflächenoxidschicht kann das innere Material bis 1370 °C schützen.
Elektrische Eigenschaften
Elektrische Isolierung:
Bei der Auswahl des richtigen elektronischen Keramikmaterials sind die elektrischen Eigenschaften ein entscheidender Faktor, der nicht außer Acht gelassen werden darf. Aluminiumnitrid verfügt über hervorragende elektrische Isolationseigenschaften, und sein spezifischer Volumenwiderstand kann bei Raumtemperatur über 10¹⁴ Ω·cm erreichen. Diese hohe Isolationsleistung gewährleistet die extrem hohe Zuverlässigkeit von Aluminiumnitrid in Hochspannungsanwendungen elektronischer Geräte.
Dielektrizitätskonstante/Durchschlagsfestigkeit:
Die Dielektrizitätskonstante von Aluminiumnitrid beträgt etwa 8,5–9 (1 MHz) und der dielektrische Verlust etwa 0,0005. Diese Eigenschaften machen es zur idealen Wahl für elektronische Hochfrequenzgeräte. Gleichzeitig kann die Durchschlagsfestigkeit von Aluminiumnitrid 15–20 kV/mm erreichen, was die Isolationsschutzfähigkeit effektiv verbessert.
Mechanische Eigenschaften
Aluminiumnitridkeramiken zeichnen sich zudem durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Ihre Vickershärte beträgt etwa 12 GPa und ihre Biegefestigkeit kann 350–420 MPa erreichen. Diese hervorragenden mechanischen Festigkeiten sind deutlich höher als die von Aluminiumoxidkeramiken und gewährleisten so eine hohe Zuverlässigkeit auch in rauen Umgebungen.
Korrosionsbeständigkeit
Aluminiumnitrid weist eine hervorragende Beständigkeit gegen chemische Korrosion auf. Es ist korrosionsbeständig gegenüber den meisten geschmolzenen Metallen (wie Kupfer, Lithium, Aluminium usw.) und behält dank dieser Eigenschaft auch in aggressiven chemischen Umgebungen seine gute Stabilität.
Erwähnenswert ist, dass Aluminiumnitrid auch eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit aufweist. In einer Hochtemperaturumgebung beträgt die Festigkeitsabschwächung von Aluminiumnitrid nur etwa 20 % der Raumtemperaturfestigkeit. Im Vergleich zu gewöhnlichem Aluminiumoxid verliert Aluminiumoxid unter den gleichen Umständen üblicherweise 50 % seiner Festigkeit.
Herstellungsprozess von Aluminiumnitrid
Möchten Sie wissen, wie Aluminiumnitridkeramik hergestellt wird? Der Herstellungsprozess von Aluminiumnitridkeramik hat direkten Einfluss auf deren endgültige Leistung. Im Folgenden erläutern wir Ihnen einige wichtige Schritte der Aluminiumnitridherstellung.
Synthese von Aluminiumnitridpulver
Die Synthese von Aluminiumnitridpulver bildet die Grundlage des gesamten Herstellungsprozesses. Derzeit werden hauptsächlich zwei Verfahren eingesetzt: die carbothermische Reduktion und die Direktnitrierung.
Bei der carbothermischen Reduktion wird Aluminiumoxid mit Kohlenstoff in einer Stickstoffatmosphäre bei 1500–1800 °C umgesetzt. Dieses Verfahren ist relativ kostengünstig und für die Produktion im großen Maßstab geeignet.
Bei der Direktnitrierung reagiert metallisches Aluminiumpulver direkt mit Stickstoff. Mit dieser Methode kann ein Produkt mit höherer Reinheit erhalten werden.
Formprozess
Das Formen ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung der endgültigen Form von Keramik. Zu den wichtigsten Formgebungsverfahren gehören Trockenpressen, Spritzgießen, isostatisches Pressen usw.
Trockenpressformen:Dieses Formverfahren eignet sich für Keramikprodukte mit einfachen Formen, wie z. B. Substrate und Trägermaterialien. Durch gleichmäßiges Druckbeaufschlagen von Aluminiumnitridpulver wird es in die gewünschte Form gebracht.
Spritzguss:Dieses Formverfahren eignet sich zur Herstellung von Teilen mit komplexen Formen. Dabei muss Aluminiumnitridpulver mit einem organischen Bindemittel zu einer Aufschlämmung vermischt und zum Formen in die Form gespritzt werden.
Isostatisches Pressformen:Dieses Formverfahren eignet sich zur Herstellung großformatiger und regelmäßig geformter Keramikprodukte. Durch hydraulisch-isostatisches Pressen kann eine gleichmäßige Produktdichte gewährleistet werden.
Sinterprozess
Das Sintern ist ein wichtiger Schritt im Keramikherstellungsprozess und zugleich ein Schlüsselprozess zur Verbesserung von Aluminiumnitridkeramiken. Aufgrund der kovalenten Bindungseigenschaften von Aluminiumnitrid ist während des Sinterprozesses eine spezielle Prozesskontrolle erforderlich. Häufig kommen Heißpresssintern und druckunterstütztes Zweistufensintern zum Einsatz.
Durch Zugabe einer entsprechenden Menge Yttriumoxid (Y₂O₃) als Sinterhilfe lässt sich die Sintertemperatur deutlich senken und die Materialdichte erhöhen. Die optimale Sintertemperatur liegt in der Regel im Bereich von 1650–1800 °C.
Präzisionsbearbeitung
Bei der Verarbeitung von Aluminiumnitridkeramik muss die hohe Härte des Materials berücksichtigt werden. Derzeit werden für die Präzisionsverarbeitung hauptsächlich Diamantwerkzeuge verwendet.
Grüne Verarbeitung:Eine vorläufige Formgebung des Materials vor dem Sintern kann den Aufwand für die nachfolgende Verarbeitung erheblich reduzieren
Schleifen Polieren:Präzisionsschliff mit Diamantschleifscheiben sorgt für perfekte Oberflächenqualität
Laserschneiden:Bei dünnen Blechen kann die Lasertechnologie zur präzisen Bearbeitung eingesetzt werden
Qualitätskontrolle
Eine strenge Qualitätskontrolle stellt sicher, dass die hergestellte Aluminiumnitridkeramik
Um die stabile Leistung von Aluminiumnitridkeramiken zu gewährleisten, muss während des Herstellungsprozesses eine umfassende Qualitätskontrolle durchgeführt werden:
Prozesskontrolle:In Schlüsselprozessen wie Synthese und Sintern können mehrere Erkennungspunkte festgelegt werden, um Prozessparameter in Echtzeit zu überwachen, wie zum Beispiel:
Temperaturverlaufsüberwachung
Kontrolle der Atmosphärenkomponenten
Druckparametereinstellung
Inspektion des fertigen Produkts:Umfassende Qualitätsbewertung fertiger Produkte mit Hilfe modernster Prüfgeräte, wie zum Beispiel:
Wärmeleitfähigkeitstest
Dichtebestimmung
Mikrostrukturanalyse
Mechanische Leistungsprüfung
Anwendung von Aluminiumnitridkeramik
Elektronikindustrie
Im Bereich der Elektronikindustrie glänzt Aluminiumnitridkeramik mit hervorragenden Leistungseigenschaften.
Bei der Entwicklung von Wärmeableitungssubstraten liegt die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten über 170 W/mK und ist damit deutlich höher als bei anderen Keramikmaterialien (wie Aluminiumoxidsubstraten). Diese hervorragende Wärmeleitfähigkeit ermöglicht eine schnelle Ableitung der von elektronischen Geräten erzeugten Wärme. Dadurch wird lokale Überhitzung effektiv verhindert und die Stabilität und Lebensdauer der Geräte verbessert.
Auch bei der Verpackung von Leistungsbauelementen ist Aluminiumnitridkeramik besonders wichtig. Wer entsprechende Aluminiumnitridkeramikprodukte kennt, wird feststellen, dass diese nicht nur eine hervorragende Wärmeableitungsleistung, sondern auch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnlich dem von Siliziumwafern aufweisen. Diese Anpassung reduziert die Entstehung thermischer Spannungen deutlich und kann die Zuverlässigkeit der Keramikverpackung deutlich verbessern. Gleichzeitig gewährleistet die hervorragende elektrische Isolierung den sicheren Betrieb des Leistungsbauelements.
Halbleiterindustrie
Im Halbleiterherstellungsprozess spielt Aluminiumnitridkeramik eine unverzichtbare Rolle.
Der Waferverarbeitungsprozess erfordert eine äußerst präzise Temperaturregelung. Die hohe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturgleichmäßigkeit von Aluminiumnitridkeramik gewährleisten die Stabilität des Verarbeitungsprozesses und die Produktqualität.
Elektrostatische Chucks sind ein Schlüsselelement in der Halbleiterherstellung. Die hervorragenden dielektrischen Eigenschaften und die mechanische Festigkeit von Aluminiumnitridkeramik machen sie zu einem idealen Material für elektrostatische Chucks. Sie behalten auch bei hohen Temperaturen ihre elektrischen Eigenschaften und verfügen über ausreichend mechanische Festigkeit für den wiederholten Einsatz.
In Hochfrequenzgeräten ist Aluminiumnitridkeramik aufgrund ihres geringen dielektrischen Verlusts und ihrer Wärmemanagementfähigkeiten ein ideales Verpackungsmaterial. Sie wird in Mikrowellenkommunikations- und Hochfrequenzgeräten eingesetzt.
Andere High-End-Anwendungen
Bei der Anwendung optoelektronischer Produkte können Aluminiumnitridkeramiken nicht nur als Wärmeableitungssubstrate für Lasergeräte verwendet werden, sondern auch als dielektrische Schichten für optische Speichermedien.
Die Luft- und Raumfahrtindustrie stellt höchste Ansprüche an die Materialauswahl. Aluminiumnitrid wird aufgrund seiner hohen Temperaturstabilität, Isolierung und hervorragenden mechanischen Festigkeit in vielen wichtigen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtelektronik und der Satellitenkommunikation.
Auch im militärischen Bereich ist Aluminiumnitrid von großer Bedeutung. Von den Wärmeableitungskomponenten von Radarsystemen bis hin zu den Schlüsselkomponenten von Navigationsgeräten spielt Aluminiumnitridkeramik eine wichtige Rolle. Seine hervorragende Gesamtleistung gewährleistet den stabilen Einsatz militärischer Ausrüstung auch in extrem rauen Umgebungen.
Auch in der Militärindustrie ist die Anwendung von Aluminiumnitridkeramik von großer Bedeutung. Von den Wärmeableitungskomponenten von Radarsystemen bis hin zu den Schlüsselkomponenten von Navigationsgeräten spielt Aluminiumnitridkeramik eine wichtige Rolle. Ihre hervorragende Gesamtleistung gewährleistet den zuverlässigen Betrieb militärischer Ausrüstung unter extremen Bedingungen.
Wie wählt man Aluminiumnitridprodukte aus?
Wenn Sie Aluminiumnitridprodukte benötigen, aber nicht wissen, welche Sie auswählen sollen, können Ihnen die folgenden Inhalte weiterhelfen.
Auswahl des Aluminiumnitridsubstrats
Wenn Sie ein Aluminiumnitridsubstrat benötigen, können Sie sich auf die folgenden Schlüsselparameter beziehen.
Die Standarddicke des Substrats liegt normalerweise zwischen 0,25 mm und 2,0 mm und die Fläche kann 150 mm × 200 mm erreichen.
Abhängig von den Anwendungsanforderungen können Sie zwischen verschiedenen Substratqualitäten mit einer Wärmeleitfähigkeit von 170 W/mK bis 230 W/mK wählen.
Die Oberflächenrauheit wird auf Ra 0,3–0,5 μm und die Ebenheit auf 2% pro Millimeter kontrolliert.
Um sicherzustellen, dass Ihre Anwendung erfüllt wird, empfehlen wir Ihnen, sich auf die folgenden Parameterspezifikationen zu konzentrieren:
Maßtoleranz: Am besten innerhalb von ±0,1 mm
Dickengleichmäßigkeit: Die Standardabweichung überschreitet nicht 5%
Metallisierungskompatibilität: Abhängig von Ihrer Anwendung können Sie aus verschiedenen Metallisierungsoptionen wie Wolfram oder Molybdän wählen
Oberflächenbehandlung: Polieren, Sandstrahlen und andere Behandlungsmethoden können je nach Bedarf ausgewählt werden
Auswahl der Kühlkomponenten
Bei der Auswahl des richtigen Kühlsystems ist es wichtig, sowohl die Anforderungen an die Wärmeableitung als auch den verfügbaren Montageraum zu berücksichtigen. Für Hochleistungsanwendungen empfehlen wir Produkte mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 200 W/mK. Wenn Ihre Anwendung eine höhere Wärmeableitungsleistung erfordert, können Sie die Effizienz zusätzlich durch das Auftragen von Wärmeleitpaste oder Wärmeleitpads steigern.
Maßgeschneiderte Lösungsvorschläge
Wir empfehlen Ihnen, eine maßgeschneiderte Lösung basierend auf Ihrem Anwendungsszenario zu wählen. Die wichtigsten Punkte, auf die Sie achten müssen, sind:
- Klären Sie den Temperaturbereich der Arbeitsumgebung
- Klärung der Anforderungen an die maximale Leistungsdichte
- Klärung der Bauraumbeschränkungen
- Klären Sie die Anforderungen an die Kühlsystemintegration
Wenn Sie Hilfe benötigen, stellen Sie uns bitte detaillierte Anwendungsparameter zur Verfügung. Wir können dann die optimale Lösung für Sie anpassen, einschließlich Materialauswahl, Strukturdesign und Oberflächenbehandlung usw. Kontaktieren Sie uns jetzt.
Kosteneffizient
Die Kosten von Aluminiumnitrid-Keramikprodukten werden hauptsächlich von den folgenden Faktoren beeinflusst:
Materialqualität: Je höher die von Ihnen gewählte Wärmeleitfähigkeit, desto höher die Kosten.
Verarbeitungsgenauigkeit: Je höher die von Ihnen gewählte Präzisionsanforderung, desto höher sind die Verarbeitungskosten.
Losgröße: Wenn Sie in großen Mengen produzieren, können Sie die Stückkosten erheblich senken.
Um Ihnen zu helfen, das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis zu erzielen, empfehlen wir:
Anwendungen mit geringem Stromverbrauch: Es wird empfohlen, ein Standardprodukt mit 170 W/mK zu wählen, das Ihren Grundanforderungen entspricht und gleichzeitig die Kosten im Griff hat.
Für Anwendungen mit mittlerer Leistung wird empfohlen, ein Produkt der Klasse 200 W/mK zu wählen, das ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten bietet.
Für Hochleistungsanwendungen empfehlen wir Produkte mit einer Leistung von 230 W/mK. Obwohl die Anschaffungskosten höher sind, bieten sie die beste Wärmeableitungsleistung und verlängern die Lebensdauer der Geräte, wodurch Ihre Gesamtbetriebskosten effektiv gesenkt werden.
Abschluss
Aluminiumnitridkeramiken sind ideale Werkstoffe für viele Branchen. Vielen Dank fürs Lesen. Wir hoffen, dass Ihnen dieser Artikel weiterhilft.
Erfahren Sie mehr.
FAQs.
1.Wie lautet die chemische Formel von Aluminiumnitrid (AlN)?
Die chemische Formel von Aluminiumnitrid lautet AlN. Es besteht aus Aluminiumatomen (Al) und Stickstoffatomen (N) im stöchiometrischen Verhältnis 1:1. Aluminium und Stickstoff bilden in seiner Struktur eine kovalente Bindung. Es handelt sich um eine stabile kristalline Verbindung mit Wurtzitstruktur.
2. Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramik?
Aluminiumnitridkeramiken weisen bei Raumtemperatur eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit von etwa 170–321 W/(m·K) auf, wobei die theoretische maximale Wärmeleitfähigkeit 321 W/(m·K) beträgt. Marktübliches polykristallines AlN erreicht üblicherweise Werte über 170 W/(m·K) und ist damit mehr als fünfmal höher als bei Aluminiumoxid.
3. Was sind die Leistungsunterschiede zwischen Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid (Al₂O₃)?
Aluminiumnitrid übertrifft Aluminiumoxid in mehreren wichtigen Leistungsbereichen.
- Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid (>170 W/m·K) ist fünfmal so hoch wie die von Aluminiumoxid (20-30 W/m·K).
- Aluminiumnitrid widersteht thermischen Schocks besser als Aluminiumoxid und sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist besser auf den von Silizium abgestimmt.
- Bei Anwendungen, bei denen die Wärmeleitfähigkeit nicht entscheidend ist, kann Aluminiumoxid erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen.
4. Was ist der Schmelzpunkt von Aluminiumnitridkeramik?
Der Schmelzpunkt von Aluminiumnitrid in einem Inertgas liegt bei etwa 2200 °C. Allerdings muss man sich bewusst sein, dass Aluminiumnitrid in einer Vakuumumgebung bereits bei 1800 °C zu zerfallen beginnt.
An der Luft beginnt die Oberfläche von Aluminiumnitrid bei 700 °C zu oxidieren und bildet eine Schutzschicht, die das innere Material vor einer Stabilität vor 1370 °C schützen kann.
5. Was sind die Standarddickenspezifikationen für Aluminiumnitridsubstrate?
Die Dicke von Standard-Aluminiumnitridsubstraten liegt zwischen 0,25 und 2,0 mm. Gängige Spezifikationen sind außerdem 0,25 mm, 0,38 mm, 0,63 mm und 1,0 mm. Die Maßtoleranz liegt üblicherweise bei ±0,1 mm.
Sie können die Dicke entsprechend den spezifischen Anwendungsanforderungen anpassen und die Oberflächenrauheit sollte am besten bei Ra 0,3–0,5 μm gehalten werden.
6. Was ist die Dielektrizitätskonstante von Aluminiumnitridkeramik?
Die Dielektrizitätskonstante von Aluminiumnitridkeramik beträgt 8,5–9,0 bei 1 MHz.
7. Wie gut stimmt der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitrid mit dem von Silizium überein?
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitrid (4,5 × 10⁻⁶/°C) liegt sehr nahe an dem von Silizium (3,5–4 × 10⁻⁶/°C), was zur Minimierung der thermischen Spannung in Halbleiteranwendungen beiträgt. Diese Kompatibilität macht Aluminiumnitrid zu einem idealen Substrat für siliziumbasierte Bauelemente und reduziert das Risiko von Rissen bei Temperaturwechselbeanspruchung deutlich.
8. Wie gut sind die Isolationseigenschaften von Aluminiumnitridkeramik?
Aluminiumnitridkeramiken verfügen über hervorragende Isolationseigenschaften. Bei Raumtemperatur liegt ihr Volumenwiderstand über 10¹⁴ Ω·cm. Darüber hinaus weist sie eine hohe Durchschlagfestigkeit von 15–20 kV/mm auf und ist somit ein hervorragender Isolator.
9. Was sind die typischen Anwendungen von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten?
Aluminiumnitrid-Keramiksubstrate können in zahlreichen Branchen eingesetzt werden.
- Im Bereich der Leistungselektronik kann es als Wärmeableitungssubstrat für Hochleistungs- und IGBT-Module verwendet werden.
- In der LED-Industrie kann es als Wärmemanagementmaterial für LEDs mit hoher Helligkeit verwendet werden.
- In der Halbleiterindustrie werden Aluminiumnitridsubstrate hauptsächlich in Waferverarbeitungsanlagen und HF-/Mikrowellengeräten verwendet.
- Aluminiumnitridsubstrate spielen auch in der Luft- und Raumfahrt sowie im Militärbereich eine wichtige Rolle und werden hauptsächlich in verschiedenen Wärmeableitungsprodukten verwendet.
10. Ist Aluminiumnitrid eine ionische oder kovalente Verbindung?
Aluminiumnitrid ist eine kovalente Verbindung. Charakteristisch ist die starke kovalente Bindung zwischen Aluminium- und Stickstoffatomen. Diese Struktur verleiht Aluminiumnitrid eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete mechanische Festigkeit. Der deutliche Unterschied der Elektronegativität zwischen Aluminium- und Stickstoffatomen führt jedoch zu polaren Eigenschaften, obwohl die Gesamtbindung weiterhin überwiegend kovalent ist.
11. Wie hoch ist die mechanische Festigkeit von Aluminiumnitridkeramik?
Aluminiumnitridkeramik weist beeindruckende mechanische Eigenschaften mit einer Biegefestigkeit von 350–420 MPa und einer Druckfestigkeit von ca. 3000 MPa auf. Das Material weist eine Vickershärte von 12 GPa und einen Elastizitätsmodul von 320 GPa auf. Diese mechanischen Eigenschaften gewährleisten zuverlässige Leistung in anspruchsvollen Anwendungen, insbesondere bei thermischen und mechanischen Belastungszyklen.
12. Welche Vorteile bietet Aluminiumnitridkeramik in LED-Verpackungen?
Die Hauptvorteile von Aluminiumnitrid sind: Durch die ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit kann die von Hochleistungs-LEDs erzeugte Wärme effektiv abgeleitet werden; durch die elektrische Isolierung kann ein sicherer Betrieb gewährleistet werden; und der Wärmeausdehnungskoeffizient entspricht dem von Halbleitermaterialien, wodurch die thermische Spannung verringert wird.
13. Welche Vorteile hat Aluminiumnitrid gegenüber Berylliumoxid (BeO)?
Die thermischen Eigenschaften von Aluminiumnitrid sind mit denen von Berylliumoxid vergleichbar und Aluminiumnitrid ist völlig ungiftig. Berylliumoxid ist bei der Verarbeitung oder Handhabung hochgiftig, daher ist Aluminiumnitrid in der Großserienproduktion kostengünstiger.
14. Welche Oberflächenbehandlungsverfahren stehen für Aluminiumnitridkeramik zur Verfügung?
Zu den Oberflächenbehandlungsverfahren für Aluminiumnitridkeramik gehören Präzisionsschleifen, Diamantpolieren und verschiedene Metallbearbeitungsverfahren.
- Durch die Oberflächenbehandlung können Rauheitswerte von Ra 0,3–0,5 μm erreicht werden
- Die Metallisierung umfasst Wolfram-, Molybdän- und Kupfermuster für elektrische Verbindungen
- Zu den speziellen Behandlungsverfahren gehören die Verbesserung der Oberflächenbenetzbarkeit, die Verbesserung der Haftung von Wärmeleitmaterialien usw.