Сравнение теплопроводности AlN и BeO, а также AlN и BN: является ли AlN оптимальным выбором?

Инженерные и технологические инновации помогают отраслям промышленности отходить от стекла, пластика, металла и других традиционных материалов, которые часто имеют более высокую цену. Вы можете обратиться к более экономичным и высокопроизводительным вариантам, таким как передовые керамические материалы, которые позволяют использовать их в различных приложениях. Большинство из этих материалов обладают превосходными химическими, механическими и электрическими свойствами. Они также ценятся за свою коррозионную стойкость, твердость, прочность и износостойкость. В то же время эти варианты обеспечивают столь необходимую термическую стабильность, необходимую для успешной работы приложений.

Теперь возникает вопрос: какой керамический материал надежнее — нитрид алюминия (AlN), оксид бериллия (BeO) или нитрид бора (BN)? Каждый из них обладает исключительной физической прочностью и теплопроводностью, что делает их идеальным выбором для автомобильной, электронной и аэрокосмической промышленности, где требуются материалы с превосходными характеристиками рассеивания тепла.

Однако, чтобы знать, какой из них лучше других, требуется четкое понимание их характеристик. Это понимание помогает анализировать, как они ведут себя при высокой температуре, не ставя под угрозу свою целостность, что позволяет им стать неотъемлемой частью изоляторов, мощного оборудования, радиаторов, электронных подложек и других приложений. Обычно во многих приложениях используются Теплопроводность AlN и другие характеристики. Итак, давайте проведем сравнительный анализ AlN с BeO и BN для ясности.

Теплопроводность BeO и AlN: сравнительный анализ

Нитрид алюминия и оксид бериллия — две самые востребованные передовые керамики. Их выбирают за их физические свойства и термическая стабильность в различных отраслях и для различных применений.

-> BeO – Физические, химические и термические свойства

Этот белый кристаллический оксид отличается превосходной прочностью и твердостью. Он используется в высокотемпературных средах, поскольку его температура плавления составляет около 2570°C. BeO демонстрирует выдающуюся коррозионную стойкость, поскольку он не реагирует со многими щелочами и кислотами при нормальном нагреве. Однако он не может противостоять концентрированным кислотам. С точки зрения тепловых свойств это превосходный теплопроводящий материал с теплопроводностью до 330 Вт/мК.

-> AlN - Физические, химические и термические свойства

Плотность около 3,26 г/см³, нитрид алюминия обеспечивает невероятную механическую прочность. Он выбран из-за его высокой теплопроводности и электроизоляционных свойств. Благодаря своему особому химическому составу материал также может выдерживать окисление и другие суровые условия. Его целостность и свойства могут оставаться нетронутыми даже в восстановительных или инертных атмосферах до 2200°C. Исходя из его формы и чистоты материала, AlN также показывает способность к теплопередаче около 170–200 Вт/мК, что сопоставимо с другими керамическими материалами.

Благодаря более высокой термической стабильности BeO используется в электроизоляторах и подложках для рассеивания тепла и увеличения срока службы электронных компонентов. Микроволны и лазерные трубки также выигрывают от него. Этот керамический материал имеет более широкое применение, поскольку его кристаллическая структура способствует передаче тепла. К сожалению, с этим материалом необходимо обращаться осторожно, соблюдая соответствующие меры безопасности, чтобы избежать его токсического воздействия во время производства и переработки.

AlN можно использовать в нетоксичных средах из-за его подходящей теплопроводности. Например, подумайте о полупроводниковых приборах и светодиодах. Материал действует как радиатор, рассеивая тепло от активных областей и повышая производительность устройств. Благодаря своей нетоксичности он также полезен в силовых электронных приложениях.

Подводя итог, BeO более надежен в условиях высоких температур, где возможны некоторые риски токсичности. С другой стороны, AlN лучше подходит для промышленных условий и бытовой электроники, где безопасность и здоровье являются приоритетом. Они больше выигрывают от своего терморегулирования и нетоксичности.

Конкурентный анализ теплопроводности AlN и BN

Керамические материалы все чаще используются в специализированных приложениях, требующих высокой прочности. теплопроводность или сопротивление заставляет промышленников и производственные компании искать все больше и больше альтернатив. Вы уже знаете, что BeO сталкивается с ограничениями из-за своей токсичности. Однако есть другой материал, такой как BN, который также обещает лучший опыт. Однако, как он покажет себя по сравнению с AlN, нужно посмотреть.

BN — это горячепрессованный материал, доступный в виде крупных твердых кусков или порошка. Он имеет много сортов, которые определяют уровень чистоты продукта. Только материал наивысшей чистоты может обеспечить отличную теплопроводность и превзойти другие. Это означает, что теплопроводность BN подчиняется высоким стандартам чистоты. Тем не менее, следует помнить, что они могут быть менее прочными и более мягкими.

AlN в основном доступен в форме подложки во всем мире. Теплопроводность AIN может варьироваться в зависимости от его качества и сорта. Уровни высокой чистоты составляют около 220 Вт/мК, промышленный стандарт составляет 170-180 Вт/мК, а более низкое качество составляет 150 Вт/мК. Тем не менее, механическая прочность и термическая стабильность AlN подходят для различных применений, таких как полупроводниковые подложки, радиаторы и другая электроника. BN полезен в средах, где требуются смазка и тепловое сопротивление. В гексагональной форме BN широко применяется в аэрокосмической и ядерной областях. Они используются в покрытиях и смазках.

Пример использования AlN в печатных платах и полупроводниках

Помимо теплопроводности, способность керамического материала также исследуется с точки зрения его коэффициента теплового расширения (КТР). КТР помогает отслеживать фракционные изменения длины материала при воздействии различных температур при одном и том же давлении. КТР нитрида алюминия относительно низка, что делает ее намного лучше, чем другие виды современной керамики, и очень надежной для различных ключевых применений, таких как печатные платы (ПП) и полупроводники.

Преимущества AlN в печатных платах

Печатные платы используются в различных отраслях промышленности, таких как телекоммуникации, энергетика, аэрокосмическая и оборонная промышленность, автомобилестроение и т. д. Однако давайте рассмотрим пример медицинских приборов, которые являются частью отрасли здравоохранения, которая быстро растет из-за возросших требований. Медицинское оборудование должно иметь хорошую способность управления теплом и быть безопасным. Интеграция AlN в печатные платы помогает достичь этих целей. Благодаря более высокому рассеиванию тепла AlN, изоляции, производительности и низким требованиям к обслуживанию медицинские приборы становятся долговечными и надежными. Материал применяется в устройствах с высокими ставками, таких как диагностическое оборудование и медицинская визуализация. Диапазон его теплопроводности составляет 170-200 Вт/мК. Благодаря этому он может хорошо управлять теплом даже в мощных устройствах, таких как медицинские лазеры и компьютерные томографы.

Аналогично, оптимальный диапазон диэлектрической прочности AlN составляет 15–20 кВ/мм, что делает его безопасным для высоковольтного оборудования, требующего защиты от электрических помех без ущерба для производительности.

Медицинские приборы быстро развиваются в технологиях. Передовое оборудование выигрывает от теплопроводности, стабильности и простоты обслуживания AlN. Однако материал постоянно совершенствуется или улучшается для разработки и поддержания более высоких стандартов влаго- и термостойкости для носимых устройств и менее инвазивных медицинских инструментов.

Преимущества AlN в полупроводниковой промышленности

КТР AlN, напряжение изоляции, прочность и другие качества делают его подходящим выбором для области полупроводников. соединение нитрида алюминия имеет гексагональную структуру с ковалентными связями и параметрами решетки a = 3,114 и c = 4,986. Материалы с высокой степенью чистоты выглядят голубовато-белыми, а AlN обычно ведет себя в своем грязно-белом цвете. Рассматривая его электрические свойства, вы обнаружите, что электроотрицательность чистого AlN при комнатной температуре составляет более 1014 Ом-см, что показывает его изоляционную прочность. Его электромеханическое сцепление CTE составляет 0,8%. Коррозионная стойкость этого материала является еще одним привлекательным предложением, которое показывает, что он может противостоять многим типам металлов и расплавленных солей, таким как медь, свинец, алюминий, никель, серебро, арсенид галлия и т. д.

Он считается одним из полупроводниковых материалов 3-го поколения, поскольку обеспечивает превосходную точку насыщения электронов, стойкость к радиации, электрическое поле и ширину запрещенной зоны. Исследования показывают, что AlN может выдерживать 7,3 мегавольта электрического поля на см, что намного лучше, чем кремний, такой как нитрид галлия и карбид кремния. Кроме того, системы AlN также обеспечивают плавный поток тока. Однако одной из проблем, с которой сталкивается этот материал, является легирование — введение примесных элементов для улучшения концентрации носителей заряда полупроводника. Тем не менее, это новая стратегия, и исследователи постоянно работают над способами сделать AlN идеальным для полупроводников.

Заключение

Современные керамические материалы, такие как AlN, Beo и BN, являются как экономически эффективными, так и высокопроизводительными по сравнению с металлом, стеклом и пластиком. Однако эти керамические подложки уникальны и используются в различных средах в зависимости от их состава и факторов риска. Например, нетоксичный AlN широко используется во многих приложениях благодаря своей термической стабильности и проводимости.

Часто задаваемые вопросы

Что такое AlN?

Электроприборы и другие секторы всегда ищут лучшие материалы с высокими характеристиками терморегулирования из-за их изоляционных и теплопередающих свойств. AlN может быстро удовлетворить эти ожидания. Он также считается более безопасной альтернативой для полупроводниковой промышленности, чем BeO. Вы также можете считать его техническим керамическим материалом.

Каково назначение керамики AlN?

Исключительная изоляция, теплопроводность, низкие диэлектрические потери и способность противостоять плазменной эрозии — вот те сильные стороны, которые позволяют использовать этот материал в полупроводниковом оборудовании, органических светодиодах и других устройствах для обеспечения долговечности и выдающихся характеристик.

Какие меры предосторожности следует соблюдать при работе с керамикой AlN?

Их нельзя погружать в воду, щелочи, неорганические кислоты или другие подобные материалы из-за вероятности химических реакций. Однако AlN не подвержен влиянию криолита, хлорида и других расплавленных солей.

Что можно сделать для защиты печатных плат AlN от проблем с влагой в медицинских приборах?

Эффективность AlN можно обеспечить и сохранить с помощью инкапсуляции и защитных покрытий.

 Где вы используете AlN?

Как упоминалось выше, его можно использовать в лазерах, теплораспределителях, радиаторах, полупроводниковых приборах, при обработке кремниевых пластин, микроэлектронных устройствах, электронных блоках, датчиках и детекторах и многом другом.