Il nitruro di alluminio (AlN) - spesso abbreviato in ALN o AIN - è un composto ceramico di alluminio e azoto. La sua formula molecolare/chimica è AlN, ovvero un atomo di Al legato a un atomo di N. In letteratura, “AlN” e “AIN” sono usati in modo intercambiabile; il nome chimico è nitruro di alluminio (nome IUPAC: nitruro di alluminio). Questo nitruro binario cristallizza in un reticolo esagonale wurtzite (simile a GaN o ZnO).A causa dei forti legami Al-N e della coordinazione tetraedrica, l'AlN è un isolante elettrico con un bandgap molto ampio (~6,1 eV). Le proprietà chiave del materiale includono un'alta densità (~3,26 g/cm³unipretec-ceramics.com), un'estrema durezza (~11 GPa Vickers) e un'eccezionale conduttività termica.

Great Ceramic offre substrati e componenti personalizzati in AlN (piastre, rondelle, distanziatori, ecc.) con eccellenti proprietà termiche ed elettriche. Le sue ceramiche AlN sono >96% pure e presentano un'elevata conduttività termica (>170-200 W/m-K)、 un'espansione termica molto bassa, un'elevata resistenza e durezza e un eccellente isolamento elettrico. Queste proprietà rendono l'AlN un materiale ideale per l'imballaggio elettronico e la gestione termica, ad esempio per i dissipatori di calore e i substrati dei moduli LED ad alta potenza, dei moduli di potenza IGBT e MOSFET, dei dispositivi RF/microonde e di altri circuiti in cui la dissipazione del calore e l'isolamento elettrico sono fondamentali.Infatti, i substrati di AlN possono avere una conducibilità termica fino a 9 volte superiore a quella dell'allumina (Al₂O₃), mentre il loro coefficiente di espansione termica (~4,6×10-⁶/K) è molto simile a quello del silicio, facilitando le sollecitazioni nei pacchetti di chip. I tipici componenti ceramici in AlN includono piastre, barre, tubi, rondelle e componenti lavorati su misura, tutti disponibili presso Great Ceramic tramite lavorazione CNC di precisione o lavorazione laser.

La struttura esagonale wurtzite dell'AlN fornisce a ciascun atomo di Al quattro vicini N (e viceversa). Questo forte legame ionico/covalente rende il semiconduttore un semiconduttore con bandgap ultra ampio (~6,1 eV) e un'elevata tensione di breakdown. In forma pura, l'AlN è un ottimo isolante elettrico, con una resistività di volume >10¹⁴ Ω-cm. La conducibilità termica è eccezionalmente elevata tra le ceramiche (AlN sfuso 170-200+ W/m-K; i cristalli singoli fino a ~320 W/m-K. Per confronto, la conducibilità termica dell'AlN è circa otto volte quella dell'allumina e supera di gran lunga quella della maggior parte delle altre ceramiche tecniche. La bassa espansione termica dell'AlN (~4,5-5,2×10-⁶/K) si avvicina a quella del silicio (~2,6×10-⁶/K), riducendo al minimo le sollecitazioni termiche nell'elettronica. Anche la durezza è elevata (Vickers ~11 GPa) e l'AlN è chimicamente stabile (resiste agli acidi/basi e al metallo fuso). Queste proprietà combinate - stabilità ad alta T, elevata rigidità (modulo di Young ~320 GPa) e trasparenza ottica nell'UV - consentono un'ampia gamma di utilizzi.

Le ceramiche AlN sono utilizzate ovunque sia necessario spostare il calore in modo efficiente o isolare a temperature e potenze elevate. Le applicazioni principali includono:

Queste applicazioni sfruttano la combinazione unica di gestione termica e isolamento elettrico dell'AlN. In molti casi l'AlN viene preferito all'allumina (Al₂O₃) o all'ossido di berillio (BeO) per la sua conduzione termica superiore e l'espansione simile a quella del silicio.

L'AlN sta guadagnando attenzione come materiale semiconduttore a banda ultralarga (UWBG). Con un bandgap ≈6 e, l'AlN è adatto per l'elettronica ad alta potenza e ad alta frequenza. I ricercatori della Cornell University sottolineano che “la conducibilità termica, l'elevata tensione di breakdown e la forte tolleranza ai campi elettrici” rendono l'AlN ideale per i transistor e i diodi di potenza di prossima generazione. L'attuale ricerca e sviluppo (ad esempio i progetti finanziati dalla DARPA) si concentra sui diodi PIN basati sull'AlN con una resistenza di stato ultrabassa per ridurre le perdite di potenza. Inoltre, i substrati di AlN hanno permesso di realizzare i primi laser a diodi a raggi ultravioletti (lunghezza d'onda <280 nm), fondamentali per la sterilizzazione e il rilevamento, grazie alla compatibilità del reticolo di AlN con gli strati di nitruro di alluminio e gallio (AlGaN).

Nel settore dell'imballaggio elettronico, i substrati ceramici in AlN stanno svolgendo un ruolo “rivoluzionario”. La conducibilità termica dell'AlN (150-230 W/m-K) supera di gran lunga quella dell'allumina, consentendo di allontanare il calore dai chip con una resistenza termica minima. La sua espansione termica corrisponde a quella del silicio, consentendo l'incollaggio diretto di chip o flip-chip su AlN senza indurre stress. Di conseguenza, i substrati di AlN sono ampiamente utilizzati nei moduli IGBT, nei convertitori di potenza e nei pacchetti di LED avanzati. L'AlN si trova anche nelle tecnologie di imballaggio avanzate, ad esempio nei pacchetti a livello di wafer fan-out e nei moduli impilati 3D, perché le sue elevate prestazioni termiche e l'isolamento migliorano l'affidabilità degli assemblaggi densi e ad alta potenza.

Great Ceramic è un produttore professionale di ceramiche AlN e di componenti personalizzati. Offriamo materiali ceramici di nitruro di alluminio di elevata purezza (>96%) in diverse forme: piastre, substrati, tubi, barre, rondelle, distanziatori e parti completamente lavorate. Le nostre parti AlN possono essere progettate su misura e prodotte come OEM con tolleranze ristrette e metallizzazione opzionale (ad esempio, rame o rivestimento DBC) per l'elettronica di potenza. Le ceramiche AlN di Great Ceramic hanno in genere una densità di ~3,3 g/cc e una conducibilità termica >170 W/m-K. Supportiamo la prototipazione rapida e la produzione di piccoli lotti, compresi il taglio laser e la rettifica di precisione. Per esplorare le nostre capacità ALN o richiedere un preventivo, consultate la pagina dei prodotti in nitruro di alluminio (AlN) o contattateci per assistenza tecnica.