JiFeng-Keramik
Aluminiumnitrid-Keramikmaterialien
Aluminiumnitrid ( AlN) ist eine organische Verbindung mit einem hexagonalen Wurtzit-Kristall. Die Gitterkonstanten der Verbindung sind a = 0.3110 Nm sowie c = 0.4978 Num. Die Aluminiumatome sind in einer hexagonal-geschlossenen Packungsstruktur angeordnet, wobei Stickstoffatome den Großteil der interstitiellen Tetraederplätze einnehmen. Verzerrte Tetraeder [AlN4] entstehen durch die Wechselwirkung von Aluminiumatomen und Stickstoffatomen. Die Länge der Al-N-Bindung entlang der C-Achse von 0.1917 nm. Die Länge der Al-N-Bindungen in den drei anderen Richtungen beträgt 0.1885 nm. Reine Aluminiumnitridkeramik ist farblos und durchscheinend, Aufgrund der Dotierung mit Verunreinigungen sind sie jedoch in unterschiedlichen Farbtönen gefärbt, typischerweise grau, cremefarben oder hellgelb.
Kristalline Formen von Aluminiumnitrid
AlN-Keramik weist hervorragende thermische Eigenschaften auf: seine theoretische Wärmeleitfähigkeit beträgt 320 W/(m·K), in der Nähe von ungiftigem Beryllia, mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem von Silizium. Bei Raumtemperatur ist es ein guter Isolator, mit spezifischem Widerstand 10⁻¹⁶ Ω·m, Durchbruchspannung 15 kV/mm, geringer dielektrischer Verlust. Mechanisch, es hat 12 GPa-Härte, 300 MPa Biegefestigkeit, und stabile Festigkeit bei hohen Temperaturen. Chemisch, Es widersteht hohen Temperaturen und Korrosion, oxidiert bei 700~800℃, und muss trocken gelagert werden, um eine Reaktion mit Wasserdampf zu vermeiden.
- Gitterkonstante: a=0,3110nm, c=0,4978 nm
Raumgruppe: P6₃mc
- Al-Atome sind in einer hexagonal dichten Packung angeordnet, und N-Atome besetzen halbtetraedrische Zwischengitterplätze. Jedes Al-Atom bildet sich verzerrt [AlN₄] tetraedrische Koordination mit vier N-Atomen. Die Al-N-Bindungslänge entlang der c-Achse beträgt 0.1917 nm, Und 0.1885 nm in die anderen drei Richtungen.
- Aluminiumnitrid zeichnet sich vor allem durch eine kovalente Bindung aus, mit teilweise ionischen Bindungseigenschaften, Zu den Nitriden der Gruppe III-V gehörend.
Diese Kristallstruktur für Aluminiumnitrid hat einige wirklich gute Eigenschaften , wie eine hohe Wärmeleitfähigkeit, gute elektrische Isolierung, und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten . Daher wird es häufig in elektronischen Verpackungen verwendet, für Wärmeableitungssubstrate , und auch in verwandten Verwendungen.
Figur 1: Kristallstruktur von Aluminiumnitrid (AlN)
Figur 2: Mikrostruktur des Sinterhilfe-Y₂O₃-Pulvers.
(Spitze) Sekundäre sphärische Struktur; (Unten) Mikrostruktur von Primärpartikeln.
Figur 2 zeigt die Mikrostruktur von Y₂O₃-Pulver, die eine quasi-kugelförmige Struktur aus zahlreichen Primärpartikeln mit großen Poren dazwischen aufweist, was zu einer geringen Dichte führt. Nach Beobachtung mit hoher Vergrößerung, Auf der Oberfläche der Primärpartikel sind viele beim Sintern entstandene Wachstumsschritte sichtbar.
Figur 3: Mikrostruktur gesinterter AlN-Keramik (Weiße Partikel bezeichnen das Sinterhilfsmittel Y₂O₃)
Figur 3 zeigt AlN-Keramik, die unter Zusatz von Y₂O₃ als Sinterhilfsmittel gesintert wurde. Die Körner erscheinen dicht gepackt, und die Schüttdichte ist hoch. Mit anderen Worten, die Y₂O₃-Partikel sind gut zwischen die AlN-Körner gefüllt, Dieser Aufbau trägt dazu bei, die Dichte der Keramik zu erhöhen und ihre Wärmeleitfähigkeit noch weiter zu verbessern.
Vorteile von Aluminiumnitrid(ALN) Keramik
Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit
AlN-Keramik weist eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit auf, um 140 Zu 220 W/m·K, Ehrlich gesagt viel besser als Aluminiumoxidkeramik. Dies beschleunigt die Wärmeübertragung für elektronische Hochleistungsgeräte und hilft beim Wärmemanagement, und das kann die Gesamtzuverlässigkeit des Systems wirklich verbessern, plus längere Lebensdauer.
Hervorragende elektrische Isolierung
Trotz der starken Wärmeleitung, AlN behält weiterhin eine gute elektrische Isolierung und Durchschlagsfestigkeit. Deshalb eignet es sich gut für elektronische Substrate und auch für isolierte Wärmeableitungsteile. Es ist wie, Die Wärme bewegt sich schnell, aber der Strom bleibt unter Kontrolle.
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
Der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe an Siliziumhalbleitern, Dadurch wird die thermische Belastung durch Temperaturschwankungen reduziert. In der Praxis, Dies unterstützt zuverlässigere Verpackungsgeräte, weniger Mikrostressprobleme, und bessere Haltbarkeit im Laufe der Zeit.
Hohe Temperaturbeständigkeit
AlN-Keramik behält bei hohen Temperaturen stabile mechanische und thermische Eigenschaften bei und verfügt über eine ausgezeichnete Thermoschockbeständigkeit unter rauen Arbeitsbedingungen.
Große Korrosions- und Plasmabeständigkeit
Es bietet eine starke Beständigkeit gegen geschmolzene Metalle, korrosive Gase und Plasmaumgebungen, Perfekt anwendbar auf Halbleiter- und Vakuumprozessanlagen.
Materialeigenschaften von Aluminiumnitrid
Als neue Generation von Hochleistungskeramik, Aluminiumnitrid (AlN) ist bekannt für seine ultrahohe Wärmeleitfähigkeit (5-7 mal so viel wie Aluminiumoxid) und Wärmeausdehnungskoeffizient, der stark mit Silizium übereinstimmt (Und). Es ist ein ideales Wärmeableitungs- und Verpackungsmaterial für elektronische Hochfrequenz- und Hochleistungskomponenten.
Je nach unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) und Anwendungsfokus, AlN-Materialien werden hauptsächlich in die folgenden Qualitäten eingeteilt:
Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) | Materialqualität / Typ | Hauptmerkmale | Typische Anwendungen |
≥ 230 W/m·K | AlN mit ultrahohem TC | Extrem hohe Wärmeleitungseffizienz nahe der theoretischen Grenze; hohe mechanische Festigkeit, extrem geringer dielektrischer Verlust und ausgezeichnete thermische Stabilität | Elektronische Verpackungen für die Luft- und Raumfahrt, Radar-Wärmeableitungsteile in Militärqualität, Kernkomponenten moderner Halbleiterfertigungsanlagen, High-End-Laserbasen |
200 – 220 W/m·K | Hochleistungs-AlN | Hervorragende Wärmeableitungskapazität und hohe Spannungsfestigkeit; umweltfreundlicher, perfekter Ersatz für herkömmliches giftiges Berylliumoxid (BeO) Keramik | IGBT-Leistungsmodule für New-Energy-Fahrzeuge und Hochgeschwindigkeitsbahnen, Hochfrequenz-Mikrowellen-Kommunikationssubstrate, Verpackung von Hochleistungs-HF-Geräten |
170 – 180 W/m·K | Standard-AlN | Vereint gute Wärmeleitfähigkeit und hohe Isolationsspannungsfestigkeit; gut abgestimmter Wärmeausdehnungskoeffizient mit Siliziumwafern; kostengünstigste AlN-Sorte | Hochleistungs-LED-Wärmeableitungssubstrate, gängige Verpackung für optoelektronische Geräte, groß angelegte integrierte Schaltungsbasen, allgemeine Kühlkörper |
Maßgeschneidert auf Anfrage | AlN in Strukturqualität für Halbleiter | Ultrahohe Reinheit und hervorragende Beständigkeit gegen Halogenplasma-Korrosion; legt Wert auf Korrosionsbeständigkeit und hohe Reinheit statt auf extreme Wärmeleitfähigkeit | Hohlraumteile von Halbleiter-Ätzgeräten, wie elektrostatische Spannfutter (ESC), Waferheizungen und Gasverteilerplatten |
Anwendungen von Aluminiumnitridkeramik
Elektronische Verpackung & Kühlkörpersubstrate
Ideale Substrate für Leistungshalbleiter, ICs, Hochleistungs-LEDs und Laser. Es beschleunigt die Wärmeableitung, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, weit verbreitet in der Automobilelektronik, Kommunikationsstationen und Luft- und Raumfahrtbereiche.
Halbleitersubstrate
Perfekte epitaktische Basis für GaN, AlGaN und andere Halbleiter mit großer Bandlücke. Es zeichnet sich durch eine gute thermische Anpassung und chemische Stabilität aus, um Defekte zu reduzieren, Geeignet für Hochfrequenz-Leistungsgeräte und optische UV-Komponenten.
Hochtemperaturkorrosionsbeständige Teile
Zu Tiegeln verarbeitet, Ofenauskleidungen und Schutzrohre für die Metallschmelze und Halbleiterproduktion unter rauen Hochtemperatur-Arbeitsbedingungen.
Piezoelektrisch & SAW-Geräte
AlN-Dünnfilme bieten eine hervorragende piezoelektrische Leistung, Anwendbar für MEMS-Sensoren, Aktoren und Oberflächenwellenfilter.
Wärmeleitende Verbundwerkstoffe
Wird als thermischer Füllstoff in Epoxidharz und Kunststoffen verwendet, um die Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit zu erhöhen, weit verbreitet für elektronische Wärmemanagementprodukte.
Wie wird Aluminiumnitrid hergestellt??
Aluminiumnitrid (AlN) Zu den Keramikformverfahren gehört das Trockenpressen, isostatisches Pressen, Pulverspritzguss, und Tapecasting.
Sintern (PS)
Traditionell und einfach zu bedienen bei 1600–2000 °C, Für dichte AlN-Keramiken sind Sinterhilfsmittel erforderlich.
Heißpresssintern (HPS)
Reduziert Sintertemperatur und -zeit, Herstellung von feinkörnigem AlN mit hoher Dichte und guter thermischer Leistung.
Funkenplasmasintern (SPS)
Zeichnet sich durch schnelle Erhitzung und gleichmäßige Körner aus, Ideal für hochreine Hochleistungs-AlN-Materialien.
Mikrowellensintern
Realisiert eine integrierte Heizung mit hoher Effizienz. Durch geeignete Zusatzstoffe erhält man AlN-Keramik mit günstiger Wärmeleitfähigkeit.
Auswahl der Sinterhilfsmittel & Verhältnis
Mit den richtigen Hilfsmitteln wird die Verdichtung gefördert, Optimieren Sie die Mikrostruktur und verbessern Sie die Gesamteigenschaften.
Temperatur- und Dauerkontrolle
Eine mäßige Erwärmung erleichtert die Verdichtung, während übermäßige Temperatur zu Verformungen führt.
Einstellung der Sinteratmosphäre
Spezifische Atmosphären hemmen die thermische Zersetzung und optimieren effektiv die Materialleistung.
FAQ zu Aluminiumnitrid (AlN) Keramik
Q1: Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von AlN-Keramik??
A: Kommerzielles AlN weist eine Wärmeleitfähigkeit von auf 170-230 W/m·K, 5-7 mal höher als Aluminiumoxid. Der Wert variiert je nach Reinheit und Sinterverfahren. Wir liefern abgestufte Materialien entsprechend Ihren Wärmeableitungsanforderungen.
Q2: Kann AlN Berylliumoxid vollständig ersetzen? (BeO)?
A: Ja. Es bietet eine vergleichbar hohe Wärmeleitfähigkeit und ist ungiftig und RoHS-konform, dient als bester umweltfreundlicher Ersatz für BeO in Hochleistungselektronikverpackungen.
Q3: Wie wäre es mit dem CTE von AlN??
A: Sein CTE liegt bei etwa 4,5×10⁻⁶/℃, gut abgestimmt auf Silizium und GaAs. Es reduziert wirksam die thermische Belastung und verbessert die Packungszuverlässigkeit von Hochfrequenz-Hochleistungsmodulen.
Q4: Bieten Sie nicht standardmäßige kundenspezifische Anpassungen und Präzisionsbearbeitung an??
A: Ja. Wir bieten CNC-Bearbeitung an, Laserbohren, Schreiben, Nuten und Polieren. Bitte bieten Sie CAD- oder 3D-Zeichnungen zur Toleranzbewertung und Angebotserstellung an.
F5: Können AlN-Substrate metallisiert werden??
A: Ja. Wir unterstützen DPC, DBC, AMB- und Dickschichtdruckverfahren zur Erfüllung der Schweiß- und Stromleitungsanforderungen.
F6: Was sind Standardgrößen und -dicken??
A: Standarddicke: 0.25mm, 0.38mm, 0.5mm, 0.635mm, 1.0mm. Zu den gängigen Rohlinggrößen gehören 2/3/4 Zoll und 114 x 114 mm, 120×120mm. Individueller Zuschnitt ist möglich.
F7: Hat AlN eine gute Isolation und Spannungsbeständigkeit??
A: Exzellent. Es handelt sich um einen hervorragenden Isolator mit einer Durchschlagsfestigkeit von mehr als 100 % 15 kV/mm und hoher Volumenwiderstand, Gewährleistung des sicheren Betriebs von elektronischen Hochspannungsgeräten.
F8: Warum ist AlN teurer als Aluminiumoxid??
A: Es erfordert eine komplexe Pulversynthese und Hochtemperatursinterung unter Stickstoffatmosphäre. Seine hohe Härte führt zudem zu einem starken Verschleiß von Diamantwerkzeugen bei der Bearbeitung, was zu höheren Gesamtkosten führt.
F9: Gibt es eine MOQ-Anforderung??
A: Flexible Bestellmenge ist verfügbar. Standardsubstrate unterstützen Musterbestellungen in kleinen Mengen. Die Mindestbestellmenge für kundenspezifisch bearbeitete Teile wird basierend auf den Produktionskosten und der Materialauslastung separat berechnet.
