窒化アルミニウム
窒化アルミニウム（AlN）は、卓越した熱伝導性、優れた電気絶縁性、優れた機械的強度で有名な高性能先端セラミック材料です。窒化アルミニウムの化学式はAlNで、アルミニウム原子と窒素原子が六角形の結晶構造で結合しています。
多くのセラミックスとは異なり、窒化アルミニウムセラミックスは高い熱伝導性と低い誘電率を兼ね備えているため、効率的な放熱と電気絶縁の両方が求められる用途に最適です。
特定の分野においてアルミナのような従来のセラミックスを凌駕する特性を持つ窒化アルミニウムは、半導体、電子機器、航空宇宙、パワーデバイス産業において不可欠な材料となっている。
窒化アルミニウムの主な利点
窒化アルミニウムセラミックは、優れた物理的・化学的特性の組み合わせにより、従来の多くの材料よりも優れた選択肢となっている。
注意事項
窒化アルミニウムセラミックスは、無機酸、強塩基、水などの液体と化学反応し、ゆっくりと溶解するため、そのような物質に直接浸漬することはできない。しかし、窒化アルミニウムは塩化物や氷晶石を含むほとんどの溶融塩に対して耐性があります。
窒化アルミニウムセラミック用途
窒化アルミニウム（AlN）セラミックスは、その優れた熱伝導性と電気絶縁性により、さまざまなハイテク産業で広く使用されています。半導体や電子部品のパッケージングに広く使用され、IGBTモジュールやLEDなどのハイパワーデバイスの放熱基板として安定した動作を保証しています。カーエレクトロニクスでは、AlNは電気自動車のパワーモジュールやバッテリー管理システムの重要な放熱材料です。さらに、AlNはマイクロ波および高周波機器、医療機器、航空宇宙および防衛において重要な役割を果たしており、高性能の放熱および電気絶縁ソリューションを提供しています。
窒化アルミニウムのグレード
Great Ceramicでは、多様なエンジニアリング要件を満たすために、複数のグレードの窒化アルミニウムセラミックスを提供しています：
窒化アルミニウムセラミック（AlN-170）
標準グレードの窒化アルミニウム（AlN）セラミックは、高い熱伝導性と優れた電気絶縁性を兼ね備えた先進のセラミック材料です。優れた機械的強度を維持しながら、低熱膨張係数と高耐熱性を特徴とし、電子パッケージングと熱管理における重要な材料となっています。標準グレードのAlNセラミックは、性能とコストのバランスが取れており、産業用電子機器やパワーデバイスの熱管理システムに広く使用されています。
主な特徴
代表的なアプリケーション
生産と加工
標準グレードの窒化アルミニウムセラミックスは、通常、焼結助剤アシストホットプレス（HP）プロセスを用いて高純度窒化アルミニウム粉末から製造される。コストを削減し、安定した性能を維持するために、標準グレードの窒化アルミニウムセラミックスは、焼結密度を高めるために焼結助剤（酸化イットリウムなど）を配合に組み込んでいます。ダイヤモンド工具は通常、基板の寸法精度と表面品質を確保するために、精密切断、研削、研磨に使用されます。
AlN-200 アップグレードアルミニウムナイトライド
AlN-200グレードの窒化アルミニウムセラミックは、高い熱伝導率と電気絶縁性を持つ先進的なセラミック材料です。熱伝導率は200W/(m・K)以上に達し、窒化アルミニウムセラミックの性能スペクトルの最上位に位置します。ハイパワーエレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、および極端な熱管理を必要とするデバイス向けに特別に設計され、アルミナセラミックスに匹敵する低熱膨張特性と相まって、優れた機械的特性を維持しながら銅に迫る熱伝導性を提供します。
主な特徴
代表的なアプリケーション
生産と加工
AlN-200セラミックスは、一般的に高純度窒化アルミニウム粉末を使用します。超高密度および熱伝導性は、最適化された配合と高温無圧焼結または熱間等方圧加圧（HIP）によって達成されます。製造プロセス中、酸素含有量は厳密に制御されます（通常 <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 超窒化アルミニウムセラミック
AlN-230グレードの窒化アルミニウムセラミックは、超高熱伝導率（≥230W/(m・K)）を有する先進のテクニカルセラミック材料であり、窒化アルミニウムファミリーの中で最高性能グレードを代表するものです。優れた電気絶縁性を維持しながら、一部の金属に近い、あるいはそれを上回る熱伝導率を達成し、極端な放熱やハイパワー電子パッケージングを必要とする用途に最適です。
スタンダードグレード（150-180W/(m・K)）やハイグレード（200W/(m・K)）と比較してAlN-230は、熱管理性能を向上させ、デバイスの接合部温度を大幅に低減し、デバイスの寿命を延ばし、高電力密度設計を可能にします。
主な特徴
代表的なアプリケーション
生産と加工
AlN-230グレードのセラミックスは、厳密に制御された酸素含有量（通常0.3wt%以下）の超高純度窒化アルミニウム粉末から作られています。最適化された焼結添加剤システムと高温無圧焼結または熱間静水圧プレス（HIP）プロセスを用いて製造されます。緻密な微細構造と極めて低い粒界熱抵抗が、超高熱伝導率に寄与している。
完成した基板は、厚み公差と表面の平坦性を確保するため、両面を精密研削・研磨される。メタライゼーション処理（Ti/Cuめっき、Mo/Mnめっきなど）も可能で、電子パッケージのはんだ付け要件に対応します。
BN+AlN（複合）セラミックス
BN+AlN複合セラミックスは、六方晶窒化ホウ素（h-BN）と窒化アルミニウム（AlN）を特定の比率で組み合わせた先端セラミックス材料です。高い熱伝導性、電気絶縁性、優れた加工性を兼ね備えています。
この材料は、AlNの高熱伝導性、高絶縁性、低熱膨張性と、BNの低密度、良好な潤滑性、容易な機械加工性を兼ね備えています。効率的な熱管理、軽量構造、複雑な加工を必要とする電子・産業用途に最適です。
素材特性
代表的なアプリケーション
準備プロセス
BN+AlN複合セラミックスは通常、高純度窒化アルミニウム粉末と六方晶窒化ホウ素粉末を均一に混合し、熱間プレスまたは熱間静水圧プレス（HIP）により製造されます。BNの含有量を調整することで、材料の熱伝導率、強度、加工性を柔軟に変化させることができ、性能と加工コストのバランスを達成することができます。
窒化アルミニウムの主要特性
| プロパティ | AlN-170（スタンダード） | AlN-200（アップグレード） | AlN-230（ウルトラ） |
|---|---|---|---|
| 熱伝導率 (W/m-K） | ≥170 | ≥200 | ≥230 |
| 体積抵抗率 (Ω-cm) | >1×1014 | >1×1014 | >1×1014 |
| 絶縁耐力 (kV/mm） | ＞15 | ＞15 | ＞15 |
| 熱膨張係数（CTE） (×10-⁶/K) | ~4.5 | ~4.5 | ~4.5 |
| 曲げ強度 (MPa） | 300 - 400 | 350 - 450 | 350 - 450 |
| 最高使用温度 (不活性雰囲気中） | ≥1000 | ≥1000 | ≥1000 |
| 酸素含有量 (wt%) | 0.5 - 1.0 | ≤0.5 | ≤0.3 |
| コスト・ポジショニング | 経済 | ハイパフォーマンス | 超高性能 |
| 代表的なアプリケーション | 一般パワーエレクトロニクスパッケージング、LEDヒートシンク基板 | ハイパワー半導体モジュール、RF/マイクロ波デバイス | 超高出力SiC/GaNモジュール、高出力レーザー、ミリタリーグレードの熱管理 |
*数値は代表的な物性値であり、製品構成や製造工程によって異なる場合があります。詳細は下記までお問い合わせください。 お問い合わせ.
*窒化アルミニウムは表面が酸化されやすく、アルミナの層を形成する。これは材料を保護するのに役立つが、熱伝導率に影響を与える（アルミナは約30W/mK）。
窒化アルミニウム製品の用途事例
窒化アルミニウムセラミックスは、高い熱伝導性、優れた電気絶縁性、低誘電率、シリコンに近い熱膨張係数を兼ね備えており、多くの産業用途に適した万能材料です。以下は、窒化アルミニウム製品の各分野における最も一般的で影響力のある使用例である：
窒化アルミニウムの加工
Great Ceramicは、高純度で卓越した熱伝導性を持つ窒化アルミニウムセラミックスを提供しており、優れた放熱性と電気絶縁性の両方が求められる用途に最適です。窒化アルミニウムは、要求される製品の形状と性能に応じて、ドライプレス、静水圧プレス、射出成形、テープキャスティングなど、いくつかの方法で成形することができます。
焼結は窒化アルミニウムセラミック製造の重要なステップです。窒素雰囲気中での高温焼結は、材料の熱的・電気的特性を維持しながら緻密化を確実にします。アルミナセラミックスと同様に、窒化アルミニウムは焼結中に約 20% 収縮するため、グリーン状態で正確な寸法を達成することは困難です。その結果、正確な公差と複雑な形状を満たすためには、焼結後の精密機械加工が必要となります。
窒化アルミニウムは硬度が高く脆いため、ダイヤモンド研削、レーザー加工、超音波加工などの特殊技術が必要です。Great Ceramicは、高度なCNCセラミック加工システムを使用して、窒化アルミニウム基板から複雑なカスタム部品まで、複雑な部品を製造しています。
高度な加工設備と広範な技術的専門知識を備えたGreat Ceramic社は、材料の選択、設計の最適化から精密機械加工、組立に至るまで、エンドツーエンドのソリューションを提供し、最も要求の厳しい用途向けに高品質で高性能な窒化アルミニウムセラミック製品を保証しています。
