Nitrure d'aluminium
Le nitrure d'aluminium (AlN) est un matériau céramique avancé de haute performance réputé pour sa conductivité thermique exceptionnelle, son isolation électrique remarquable et son excellente résistance mécanique. La formule chimique du nitrure d'aluminium est AlN, composé d'atomes d'aluminium et d'azote liés dans une structure cristalline hexagonale.
Contrairement à de nombreuses céramiques, les céramiques de nitrure d'aluminium combinent une conductivité thermique élevée avec une faible constante diélectrique, ce qui en fait un choix idéal pour les applications nécessitant à la fois une dissipation thermique efficace et une isolation électrique.
Avec des propriétés qui surpassent les céramiques traditionnelles comme l'alumine dans certains domaines, le nitrure d'aluminium AlN est devenu un matériau indispensable dans les secteurs des semi-conducteurs, de l'électronique, de l'aérospatiale et des dispositifs de production d'énergie.
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Principaux avantages du nitrure d'aluminium
La céramique de nitrure d'aluminium se distingue par une combinaison de caractéristiques physiques et chimiques supérieures qui en font un meilleur choix que de nombreux matériaux traditionnels.
Précautions
Les céramiques de nitrure d'aluminium réagissent chimiquement avec les liquides tels que les acides inorganiques, les bases fortes et l'eau et se dissolvent lentement, de sorte qu'elles ne peuvent pas être directement immergées dans ces matériaux. Toutefois, le nitrure d'aluminium résiste à la plupart des sels fondus, y compris les chlorures et la cryolithe.
Nitrure d'aluminium Applications céramiques
Les céramiques de nitrure d'aluminium (AlN) sont largement utilisées dans de nombreuses industries de haute technologie en raison de leur excellente conductivité thermique et de leurs propriétés d'isolation électrique. Elles sont largement utilisées dans l'emballage des semi-conducteurs et de l'électronique, servant de substrats de dissipation thermique pour les dispositifs de haute puissance tels que les modules IGBT et les LED, assurant ainsi un fonctionnement stable. Dans l'électronique automobile, l'AlN est un matériau de dissipation thermique essentiel pour les modules d'alimentation des véhicules électriques et les systèmes de gestion des batteries. En outre, l'AlN joue un rôle important dans les équipements à micro-ondes et à radiofréquences, les appareils médicaux, l'aérospatiale et la défense, en fournissant des solutions de dissipation thermique et d'isolation électrique très performantes.
Qualités disponibles de nitrure d'aluminium
Chez Great Ceramic, nous proposons des céramiques de nitrure d'aluminium AlN dans de multiples qualités pour répondre à diverses exigences d'ingénierie :
Céramique de nitrure d'aluminium (AlN-170)
La céramique de nitrure d'aluminium (AlN) de qualité standard est un matériau céramique avancé qui combine une conductivité thermique élevée et d'excellentes propriétés d'isolation électrique. Elle présente un faible coefficient de dilatation thermique et une résistance élevée à la chaleur tout en conservant une bonne résistance mécanique, ce qui en fait un matériau clé pour l'emballage électronique et la gestion thermique. La céramique AlN de qualité standard offre un équilibre entre performance et coût et est largement utilisée dans les systèmes de gestion thermique pour l'électronique industrielle et les appareils de puissance.
Caractéristiques principales
Applications typiques
Production et usinage
Les céramiques de nitrure d'aluminium de qualité standard sont généralement produites à partir d'une poudre de nitrure d'aluminium de haute pureté par un procédé de pressage à chaud (HP) assisté d'un adjuvant de frittage. Pour réduire les coûts et maintenir des performances stables, les céramiques d'AlN de qualité standard intègrent un adjuvant de frittage (tel que l'oxyde d'yttrium) dans la formulation afin d'améliorer la densité de frittage. Les outils diamantés sont généralement utilisés pour la coupe, le meulage et le polissage de précision afin de garantir la précision dimensionnelle du substrat et la qualité de la surface.
AlN-200 Nitrure d'aluminium amélioré
La céramique de nitrure d'aluminium de qualité AlN-200 est un matériau céramique avancé doté d'une conductivité thermique et de propriétés d'isolation électrique élevées. Avec une conductivité thermique atteignant 200 W/(m-K) et plus, elle se classe au sommet du spectre des performances de la céramique de nitrure d'aluminium. Conçue spécifiquement pour l'électronique de haute puissance, l'optoélectronique et les dispositifs nécessitant une gestion thermique extrême, elle offre une conductivité thermique proche de celle du cuivre tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques, associées à des caractéristiques de faible dilatation thermique inégalées par les céramiques d'alumine.
Caractéristiques principales
Applications typiques
Production et transformation
Les céramiques AlN-200 utilisent généralement de la poudre de nitrure d'aluminium de haute pureté. Une densité et une conductivité thermique très élevées sont obtenues grâce à une formulation optimisée et à un frittage sans pression à haute température ou à un pressage isostatique à chaud (HIP). Au cours du processus de fabrication, la teneur en oxygène est strictement contrôlée (typiquement <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 céramique de nitrure d'aluminium
La céramique de nitrure d'aluminium de qualité AlN-230 est un matériau céramique technique avancé doté d'une conductivité thermique ultra-élevée (≥230 W/(m-K)), représentant le niveau de performance le plus élevé au sein de la famille du nitrure d'aluminium. Tout en conservant une excellente isolation électrique, elle atteint une conductivité thermique proche, voire supérieure, à celle de certains métaux, ce qui la rend idéale pour les applications nécessitant une dissipation extrême de la chaleur et un conditionnement électronique de haute puissance.
Par rapport à l'AlN de qualité standard (150-180 W/(m-K)) et à l'AlN de qualité supérieure (200 W/(m-K)), l'AlN-230 offre de meilleures performances en matière de gestion thermique. (200 W/(m-K)), l'AlN-230 offre de meilleures performances en matière de gestion thermique, réduisant de manière significative les températures de jonction des dispositifs, prolongeant leur durée de vie et permettant des conceptions à plus haute densité de puissance.
Caractéristiques principales
Applications typiques
Production et transformation
Les céramiques de qualité AlN-230 sont fabriquées à partir de poudre de nitrure d'aluminium de très haute pureté dont la teneur en oxygène est strictement contrôlée (généralement ≤0,3 wt%). Elles sont fabriquées à l'aide d'un système d'additifs de frittage optimisé et de procédés de frittage sans pression à haute température ou de pressage isostatique à chaud (HIP). Leur microstructure dense et leur résistance thermique aux joints de grains extrêmement faible contribuent à leur conductivité thermique ultra-élevée.
Les substrats finis sont rectifiés avec précision et polis des deux côtés pour garantir la tolérance d'épaisseur et la planéité de la surface. Des traitements de métallisation (tels que le placage Ti/Cu ou Mo/Mn) sont également disponibles pour répondre aux exigences de soudure des emballages électroniques.
BN+AlN (composite) Céramiques
Les céramiques composites BN+AlN sont des matériaux céramiques avancés fabriqués en combinant le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et le nitrure d'aluminium (AlN) dans un rapport spécifique. Elles combinent une conductivité thermique élevée, une isolation électrique et une excellente usinabilité.
Ce matériau combine la conductivité thermique élevée, l'isolation élevée et la faible dilatation thermique de l'AlN avec la faible densité, le bon pouvoir lubrifiant et la facilité d'usinage du BN. Il est idéal pour les applications électroniques et industrielles nécessitant une gestion thermique efficace, des structures légères et une fabrication complexe.
Caractéristiques des matériaux
Applications typiques
Processus de préparation
Les céramiques composites BN+AlN sont généralement produites en mélangeant uniformément de la poudre de nitrure d'aluminium de haute pureté et de la poudre de nitrure de bore hexagonal, puis en les pressant à chaud ou en les pressant isostatiquement à chaud (HIP). L'ajustement de la teneur en BN peut modifier de manière flexible la conductivité thermique, la résistance et l'aptitude à la transformation du matériau, ce qui permet d'atteindre un équilibre entre les performances et les coûts de transformation.
Principales propriétés du nitrure d'aluminium
| Propriété | AlN-170 (standard) | AlN-200 (Amélioré) | AlN-230 (Ultra) |
|---|---|---|---|
| Conductivité thermique (W/m-K) | ≥170 | ≥200 | ≥230 |
| Résistivité volumique (Ω-cm) | >1×1014 | >1×1014 | >1×1014 |
| Rigidité diélectrique (kV/mm) | ＞15 | ＞15 | ＞15 |
| Coefficient de dilatation thermique (CTE) (×10-⁶/K) | ~4.5 | ~4.5 | ~4.5 |
| Résistance à la flexion (MPa) | 300 - 400 | 350 - 450 | 350 - 450 |
| Température de fonctionnement maximale (°C, en atmosphère inerte) | ≥1000 | ≥1000 | ≥1000 |
| Teneur en oxygène (wt%) | 0.5 - 1.0 | ≤0.5 | ≤0.3 |
| Positionnement des coûts | L'économie | Haute performance | Très haute performance |
| Applications typiques | Emballage d'électronique de puissance générale, substrats pour dissipateurs thermiques de LED | Modules semi-conducteurs de haute puissance, dispositifs RF/micro-ondes | Modules SiC/GaN à ultra-haute puissance, lasers à haute puissance, gestion thermique de qualité militaire |
*Les valeurs sont des propriétés typiques des matériaux et peuvent varier en fonction de la configuration des produits et du processus de fabrication. Pour plus de détails, n'hésitez pas à nous contacter.
*Le nitrure d'aluminium est facilement oxydé en surface, ce qui forme une couche d'alumine.Cela permet de protéger le matériau, mais affecte la conductivité thermique (l'alumine est d'environ 30 W/mK).Dans une atmosphère oxydante, cela se produit à environ 700℃.Dans une atmosphère inerte, la couche protège l'AlN à des températures allant jusqu'à environ 1350℃.Lorsque la température est supérieure à cela, une oxydation en masse se produit.
Cas d'application des produits de nitrure d'aluminium
Les céramiques de nitrure d'aluminium combinent une conductivité thermique élevée, une excellente isolation électrique, une faible constante diélectrique et un coefficient de dilatation thermique proche de celui du silicium, ce qui en fait des matériaux polyvalents convenant à de nombreuses applications industrielles. Voici les cas d'utilisation les plus courants et les plus influents des produits en nitrure d'aluminium dans divers domaines :
Usinage du nitrure d'aluminium
Great Ceramic propose des céramiques de nitrure d'aluminium AlN d'une grande pureté et d'une conductivité thermique exceptionnelle, ce qui les rend idéales pour les applications qui exigent à la fois une dissipation thermique et une isolation électrique supérieures. Le nitrure d'aluminium peut être formé par plusieurs méthodes, notamment le pressage à sec, le pressage isostatique, le moulage par injection et le moulage en bande, en fonction de la géométrie et des performances requises pour le produit.
Le frittage est une étape critique dans la production de céramique de nitrure d'aluminium. Le frittage à haute température dans une atmosphère d'azote assure la densification tout en préservant les propriétés thermiques et électriques du matériau. Comme les céramiques d'alumine, le nitrure d'aluminium AlN rétrécit d'environ 20% pendant le frittage, ce qui rend difficile l'obtention de dimensions précises à l'état vert. Par conséquent, l'usinage de précision après frittage est nécessaire pour respecter les tolérances exactes et les géométries complexes.
En raison de sa dureté et de sa fragilité élevées, le nitrure d'aluminium nécessite des techniques spécialisées telles que le meulage au diamant, l'usinage au laser ou le traitement par ultrasons. Great Ceramic utilise des systèmes avancés d'usinage CNC de la céramique pour produire des pièces complexes, qu'il s'agisse de substrats en nitrure d'aluminium ou de composants complexes sur mesure.
Avec une gamme complète d'équipements de traitement avancés et une expertise technique étendue, Great Ceramic fournit des solutions de bout en bout - de la sélection des matériaux et de l'optimisation de la conception à l'usinage de précision et à l'assemblage - garantissant des produits céramiques à base de nitrure d'aluminium de haute qualité et de haute performance pour les applications les plus exigeantes.
Fraisage, tournage et rectification CNC avec des tolérances de l'ordre du micron.
Polissage de surface pour des finitions lisses et des surfaces de qualité optique.
