Aluminiumnitrid
Aluminiumnitrid (AlN) ist ein hochleistungsfähiges keramisches Material, das für seine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, hervorragende elektrische Isolierung und ausgezeichnete mechanische Festigkeit bekannt ist. Die chemische Formel für Aluminiumnitrid lautet AlN und besteht aus Aluminium- und Stickstoffatomen, die in einer hexagonalen Kristallstruktur gebunden sind.
Im Gegensatz zu vielen anderen Keramiken kombinieren Aluminiumnitridkeramiken eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, was sie zu einer idealen Wahl für Anwendungen macht, bei denen sowohl eine effiziente Wärmeableitung als auch eine elektrische Isolierung erforderlich sind.
Mit Eigenschaften, die herkömmliche Keramiken wie Aluminiumoxid in bestimmten Bereichen übertreffen, ist AlN-Aluminiumnitrid zu einem unverzichtbaren Material in der Halbleiter-, Elektronik-, Luft- und Raumfahrt- und Energiegeräteindustrie geworden.
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Die wichtigsten Vorteile von Aluminiumnitrid
Aluminiumnitridkeramik zeichnet sich durch eine Kombination überlegener physikalischer und chemischer Eigenschaften aus, die sie zu einer besseren Wahl als viele herkömmliche Materialien machen.
Vorsichtsmaßnahmen
Aluminiumnitridkeramiken reagieren chemisch mit Flüssigkeiten wie anorganischen Säuren, starken Basen und Wasser und lösen sich nur langsam auf, so dass sie nicht direkt in solche Materialien eingetaucht werden können. Aluminiumnitrid ist jedoch gegen die meisten geschmolzenen Salze, einschließlich Chloride und Kryolith, beständig.
Aluminiumnitrid Keramische Anwendungen
Aluminiumnitrid (AlN)-Keramiken werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften in zahlreichen High-Tech-Industrien eingesetzt. Sie werden in großem Umfang in Halbleiter- und Elektronikgehäusen eingesetzt und dienen als Wärmeableitungssubstrate für Hochleistungsgeräte wie IGBT-Module und LEDs, die einen stabilen Betrieb gewährleisten. In der Automobilelektronik ist AlN ein wichtiges Wärmeableitungsmaterial für Leistungsmodule und Batteriemanagementsysteme von Elektrofahrzeugen. Darüber hinaus spielt AlN eine wichtige Rolle in Mikrowellen- und Hochfrequenzgeräten, medizinischen Geräten sowie in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich, wo es leistungsstarke Lösungen zur Wärmeableitung und elektrischen Isolierung bietet.
Verfügbare Qualitäten von Aluminiumnitridmaterial
Great Ceramic bietet AlN-Aluminiumnitrid-Keramik in verschiedenen Qualitäten an, um verschiedene technische Anforderungen zu erfüllen:
Aluminiumnitrid-Keramik (AlN-170)
Aluminiumnitrid-Keramik (AlN) in Standardqualität ist ein fortschrittliches keramisches Material, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften verbindet. Es zeichnet sich durch einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmebeständigkeit bei gleichzeitig guter mechanischer Festigkeit aus, was es zu einem wichtigen Material für elektronische Gehäuse und das Wärmemanagement macht. AlN-Keramik in Standardqualität bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Kosten und wird häufig in Wärmemanagementsystemen für Industrieelektronik und Leistungsgeräte eingesetzt.
Wesentliche Merkmale
Typische Anwendungen
Produktion und Bearbeitung
Standard-Aluminiumnitridkeramiken werden in der Regel aus hochreinem Aluminiumnitridpulver in einem durch Sinterhilfsmittel unterstützten Heißpressverfahren (HP) hergestellt. Um die Kosten zu senken und eine stabile Leistung aufrechtzuerhalten, enthalten Standard-Aluminiumnitridkeramiken ein Sinterhilfsmittel (z. B. Yttriumoxid) in der Formulierung, um die Sinterdichte zu erhöhen. Diamantwerkzeuge werden in der Regel zum Präzisionsschneiden, -schleifen und -polieren verwendet, um die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität der Substrate zu gewährleisten.
AlN-200 Verbessertes Aluminiumnitrid
Aluminiumnitridkeramik der Qualität AlN-200 ist ein fortschrittliches keramisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften. Mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 W/(m-K) und mehr rangiert es an der Spitze des Leistungsspektrums von Aluminiumnitridkeramik. Es wurde speziell für Hochleistungselektronik, Optoelektronik und Geräte entwickelt, die ein extremes Wärmemanagement erfordern. Es bietet eine Wärmeleitfähigkeit, die an die von Kupfer heranreicht, während es hervorragende mechanische Eigenschaften beibehält, kombiniert mit einer geringen Wärmeausdehnung, die von Aluminiumoxidkeramiken nicht erreicht wird.
Wesentliche Merkmale
Typische Anwendungen
Produktion und Verarbeitung
Für AlN-200-Keramiken wird in der Regel hochreines Aluminiumnitridpulver verwendet. Die extrem hohe Dichte und Wärmeleitfähigkeit wird durch eine optimierte Rezeptur und druckloses Hochtemperatursintern oder heißisostatisches Pressen (HIP) erreicht. Während des Herstellungsprozesses wird der Sauerstoffgehalt streng kontrolliert (typischerweise <0.5 wt%) to maximize intergranular heat transfer. The finished substrates often undergo precision grinding, polishing, and metallization (such as Mo/Mn or Ti/Cu plating) to facilitate subsequent soldering and electronic packaging.
AlN-230 Ultra-Aluminiumnitrid-Keramik
Aluminiumnitrid-Keramik der Qualität AlN-230 ist ein hochentwickeltes technisches keramisches Material mit extrem hoher Wärmeleitfähigkeit (≥230 W/(m-K)) und stellt die höchste Leistungsstufe innerhalb der Aluminiumnitridfamilie dar. Bei hervorragender elektrischer Isolierung erreicht es eine Wärmeleitfähigkeit, die an die einiger Metalle heranreicht oder diese sogar übertrifft, wodurch es sich ideal für Anwendungen eignet, die eine extreme Wärmeableitung und elektronische Hochleistungsgehäuse erfordern.
Im Vergleich zu Standard- (150-180 W/(m-K)) und High-Grade- (200 W/(m-K)) AlN bietet AlN-230 eine verbesserte Wärmemanagementleistung, die die Sperrschichttemperaturen der Bauelemente erheblich reduziert, die Lebensdauer der Bauelemente verlängert und Designs mit höherer Leistungsdichte ermöglicht.
Wesentliche Merkmale
Typische Anwendungen
Produktion und Verarbeitung
AlN-230-Keramiken werden aus ultrahochreinem Aluminiumnitridpulver mit einem streng kontrollierten Sauerstoffgehalt (typischerweise ≤0,3 wt%) hergestellt. Sie werden mit einem optimierten Sinteradditivsystem und durch druckloses Hochtemperatursintern oder heißisostatisches Pressen (HIP) hergestellt. Ihr dichtes Gefüge und der extrem niedrige Wärmewiderstand an den Korngrenzen tragen zu ihrer extrem hohen Wärmeleitfähigkeit bei.
Die fertigen Substrate werden beidseitig präzisionsgeschliffen und poliert, um Dickentoleranz und Oberflächenebenheit zu gewährleisten. Metallisierungsbehandlungen (z. B. Ti/Cu- oder Mo/Mn-Beschichtung) sind ebenfalls erhältlich, um die Lötanforderungen von elektronischen Verpackungen zu erfüllen.
BN+AlN (Verbundwerkstoff) Keramiken
BN+AlN-Verbundkeramiken sind fortschrittliche keramische Werkstoffe, die durch Kombination von hexagonalem Bornitrid (h-BN) und Aluminiumnitrid (AlN) in einem bestimmten Verhältnis hergestellt werden. Sie zeichnen sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung und hervorragende Bearbeitbarkeit aus.
Dieses Material kombiniert die hohe Wärmeleitfähigkeit, die gute Isolierung und die geringe Wärmeausdehnung von AlN mit der geringen Dichte, der guten Schmierfähigkeit und der leichten Bearbeitbarkeit von BN. Es ist ideal für elektronische und industrielle Anwendungen, die ein effizientes Wärmemanagement, leichte Strukturen und eine komplexe Fertigung erfordern.
Materialeigenschaften
Typische Anwendungen
Vorbereitungsprozess
BN+AlN-Verbundkeramiken werden in der Regel durch gleichmäßiges Mischen von hochreinem Aluminiumnitridpulver und hexagonalem Bornitridpulver hergestellt und dann durch Heißpressen oder heißisostatisches Pressen (HIP) produziert. Durch die Anpassung des BN-Gehalts können Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Verarbeitbarkeit des Materials flexibel verändert werden, so dass ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Verarbeitungskosten erreicht wird.
Wichtige Eigenschaften von Aluminiumnitrid
| Eigentum | AlN-170 (Standard) | AlN-200 (aufgerüstet) | AlN-230 (Ultra) |
|---|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit (W/m-K) | ≥170 | ≥200 | ≥230 |
| Volumenwiderstand (Ω-cm) | >1×1014 | >1×1014 | >1×1014 |
| Dielektrische Festigkeit (kV/mm) | ＞15 | ＞15 | ＞15 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) (×10-⁶/K) | ~4.5 | ~4.5 | ~4.5 |
| Biegefestigkeit (MPa) | 300 - 400 | 350 - 450 | 350 - 450 |
| Maximale Betriebstemperatur (°C, in inerter Atmosphäre) | ≥1000 | ≥1000 | ≥1000 |
| Sauerstoffgehalt (wt%) | 0.5 - 1.0 | ≤0.5 | ≤0.3 |
| Kostenpositionierung | Wirtschaft | Hohe Leistung | Ultra-Hochleistung |
| Typische Anwendungen | Gehäuse für allgemeine Leistungselektronik, LED-Kühlkörpersubstrate | Hochleistungs-Halbleitermodule, RF/Mikrowellengeräte | SiC/GaN-Module mit sehr hoher Leistung, Hochleistungslaser, Wärmemanagement in Militärqualität |
*Die Werte sind typische Materialeigenschaften und können je nach Produktkonfiguration und Herstellungsprozess variieren. Für weitere Details wenden Sie sich bitte an kontaktieren Sie uns.
*Aluminiumnitrid lässt sich leicht an der Oberfläche oxidieren, wodurch sich eine Aluminiumoxidschicht bildet, die das Material schützt, aber die Wärmeleitfähigkeit beeinträchtigt (Aluminiumoxid hat einen Wert von etwa 30 W/mK).In einer oxidativen Atmosphäre tritt diese Oxidation bei etwa 700℃ auf.In einer inerten Atmosphäre schützt die Schicht AlN bei Temperaturen bis zu etwa 1350℃.Bei höheren Temperaturen kommt es zu einer Massenoxidation.
Anwendungsfälle von Aluminiumnitridprodukten
Aluminiumnitridkeramiken vereinen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hervorragende elektrische Isolierung, eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Silizium nahe kommt, was sie zu vielseitigen Materialien für zahlreiche industrielle Anwendungen macht. Im Folgenden werden die häufigsten und einflussreichsten Anwendungsfälle von Aluminiumnitridprodukten in verschiedenen Bereichen beschrieben:
Bearbeitung von Aluminiumnitrid
Great Ceramic bietet AlN-Aluminiumnitridkeramik mit hoher Reinheit und außergewöhnlicher Wärmeleitfähigkeit an, was sie ideal für Anwendungen macht, die sowohl eine hervorragende Wärmeableitung als auch elektrische Isolierung erfordern. Aluminiumnitrid kann durch verschiedene Methoden geformt werden, einschließlich Trockenpressen, isostatisches Pressen, Spritzgießen und Bandgießen, abhängig von der erforderlichen Produktgeometrie und Leistung.
Das Sintern ist ein entscheidender Schritt bei der Herstellung von Aluminiumnitridkeramik. Das Hochtemperatursintern in einer Stickstoffatmosphäre sorgt für eine Verdichtung, während die thermischen und elektrischen Eigenschaften des Materials erhalten bleiben. Ähnlich wie Aluminiumoxidkeramik schrumpft AlN-Aluminiumnitrid während des Sinterns um etwa 20%, was das Erreichen präziser Abmessungen im grünen Zustand schwierig macht. Daher ist eine Präzisionsbearbeitung nach dem Sintern erforderlich, um exakte Toleranzen und komplexe Geometrien zu erreichen.
Aufgrund seiner hohen Härte und Sprödigkeit erfordert Aluminiumnitrid spezielle Techniken wie Diamantschleifen, Laserbearbeitung oder Ultraschallbearbeitung. Great Ceramic setzt fortschrittliche CNC-Keramikbearbeitungssysteme ein, um komplizierte Teile herzustellen, von Aluminiumnitrid-Substraten bis hin zu komplexen kundenspezifischen Komponenten.
Mit einem umfassenden Angebot an fortschrittlichen Verarbeitungsanlagen und umfangreichem technischem Fachwissen bietet Great Ceramic End-to-End-Lösungen - von der Materialauswahl und Designoptimierung bis hin zur Präzisionsbearbeitung und Montage - und gewährleistet so qualitativ hochwertige, leistungsstarke Aluminiumnitrid-Keramikprodukte für die anspruchsvollsten Anwendungen.
