Azotek glinu (AlN) - często skracany jako ALN lub AIN - jest ceramicznym związkiem aluminium i azotu. Jego wzór cząsteczkowy / chemiczny to AlN, co oznacza jeden atom Al związany z jednym atomem N. W literaturze “AlN” i “AIN” są używane zamiennie; nazwa chemiczna to azotek glinu (nazwa IUPAC: azotek glinu). Ten dwuskładnikowy azotek krystalizuje w heksagonalnej sieci wurtzite (podobnej do GaN lub ZnO).Ze względu na silne wiązania Al-N i koordynację tetraedryczną, AlN jest izolatorem elektrycznym z bardzo szerokim pasmem wzbronionym (~6,1 eV). Kluczowe właściwości materiału obejmują wysoką gęstość (~3,26 g/cm³unipretec-ceramics.com), ekstremalną twardość (~11 GPa Vickers) i wyjątkową przewodność cieplną.

ALN (Aluminum Nitride) Formula, Structure, and Applications

Great Ceramic oferuje niestandardowe podłoża i komponenty AlN (płytki, podkładki, przekładki itp.) o doskonałych właściwościach termicznych i elektrycznych. Ceramika AlN jest >96% czysta i wykazuje wysoką przewodność cieplną (>170-200 W/m-K)、 bardzo niską rozszerzalność cieplną, wysoką wytrzymałość i twardość oraz doskonałą izolację elektryczną. AlN pozostaje stabilny w bardzo wysokich temperaturach; rozkłada się (skutecznie “topi”) dopiero powyżej ~ 2200 °C. Właściwości te sprawiają, że AlN jest idealnym materiałem do pakowania elektroniki i zarządzania termicznego - na przykład radiatory i podłoża w modułach LED dużej mocy, modułach mocy IGBT i MOSFET, urządzeniach RF / mikrofalowych i innych obwodach, w których skuteczne rozpraszanie ciepła i izolacja elektryczna mają kluczowe znaczenie.W rzeczywistości podłoża AlN mogą mieć przewodność cieplną do 9 razy większą niż tlenek glinu (Al₂O₃), podczas gdy ich współczynnik rozszerzalności cieplnej (~ 4,6×10-⁶/K) ściśle odpowiada krzemowi, zmniejszając naprężenia w pakietach chipów. Typowe części ceramiczne AlN obejmują płyty, pręty, rury, podkładki i niestandardowe elementy obrabiane maszynowo - wszystkie dostępne w Great Ceramic poprzez precyzyjną obróbkę CNC lub obróbkę laserową.

Struktura i właściwości AlN

Sześciokątna struktura wurtzitu AlN daje każdemu atomowi Al czterech najbliższych sąsiadów N (i odwrotnie). To silne wiązanie jonowe/kowalencyjne zapewnia bardzo szerokie pasmo wzbronione (~6,1 eV) półprzewodnika, a także wysokie napięcie przebicia. W czystej postaci AlN jest bardzo dobrym izolatorem elektrycznym, o rezystywności objętościowej >10¹⁴ Ω-cm. Przewodność cieplna jest wyjątkowo wysoka wśród materiałów ceramicznych (AlN 170-200+ W/m-K; monokryształy do ~320 W/m-K. Dla porównania, przewodność cieplna AlN jest około osiem razy większa niż tlenku glinu i znacznie przewyższa większość innych materiałów ceramicznych. Niska rozszerzalność cieplna AlN (~4,5-5,2×10-⁶/K) jest zbliżona do krzemu (~2,6×10-⁶/K), minimalizując odkształcenia termiczne w elektronice. Twardość jest również wysoka (Vickers ~11 GPa), a AlN jest stabilny chemicznie (odporny na kwasy/zasady i stopiony metal). Te połączone właściwości - wysoka stabilność termiczna, wysoka sztywność (moduł Younga ~320 GPa) i przezroczystość optyczna w ultrafiolecie - umożliwiają szeroki zakres zastosowań.

Przemysłowe zastosowania AlN

Ceramika AlN jest stosowana wszędzie tam, gdzie ciepło musi być efektywnie przenoszone lub gdzie wymagana jest izolacja w wysokiej temperaturze i mocy. Kluczowe zastosowania obejmują:

Podłoża i opakowania AlN do diod LED dużej mocy, diod laserowych, modułów mocy IGBT/MOSFET i urządzeń RF. Jego wysoka przewodność cieplna i dobra wytrzymałość dielektryczna umożliwiają szybkie rozpraszanie ciepła i niezawodność urządzenia.

Komponenty komór (takie jak komory do trawienia plazmowego, wykładziny CVD/PECVD), uchwyty substratów i osprzęt. Odporność AlN na wysoką temperaturę, próżnię i plazmy korozyjne (wytrawiacze, procesy RIE) chroni sprzęt i zmniejsza zanieczyszczenie.

Podłoża antenowe, rezonatory dielektryczne i wzmacniacze mikrofalowe. Niskie straty dielektryczne i stabilna przenikalność elektryczna AlN do częstotliwości GHz pozwalają na wydajne działanie RF.

Moduły zasilania pojazdów elektrycznych, konwertery DC-DC i zarządzanie baterią (BMS). AlN jest stosowany w wysokotemperaturowej elektronice samochodowej do pojazdów elektrycznych, umożliwiając uzyskanie wyższej gęstości mocy.

Podstawy i radiatory do laserów dużej mocy i precyzyjnych uchwytów optycznych. Podłoża AlN zostały wykorzystane do produkcji laserów i diod LED w głębokim ultrafiolecie (DUV); jego szerokie pasmo wzbronione i dopasowanie siatki do GaN obsługuje diody UV 220-280 nm. Przezroczystość AlN w UV i niska fotoluminescencja są również korzystne dla optyki UV.

Komponenty satelitarne, tablice anten radarowych i elektronika wojskowa, które wymagają lekkich, stabilnych termicznie materiałów konstrukcyjnych. W kosmosie i obronie niskie odgazowanie i przewodność cieplna AlN pomagają rozpraszać ciepło z elektroniki lotniczej i czujników.

Komponenty w zespołach rentgenowskich, urządzeniach do terapii częstotliwością radiową i biosensorach, gdzie wymagana jest wysoka izolacja elektryczna i biokompatybilność. Na przykład, AlN jest stosowany w elektrodach i uchwytach urządzeń medycznych wysokiej częstotliwości.

Zastosowania te wykorzystują unikalną kombinację zarządzania termicznego i izolacji elektrycznej AlN. W wielu przypadkach AlN jest wybierany zamiast tlenku glinu (Al₂O₃) lub tlenku berylu (BeO) ze względu na lepsze przewodzenie ciepła i podobną rozszerzalność do krzemu.

AlN w półprzewodnikach i zaawansowanych opakowaniach

AlN zyskuje na popularności jako materiał półprzewodnikowy o ultraszerokim paśmie wzbronionym (UWBG). Z przerwą pasmową ≈6 e, AlN nadaje się do elektroniki o ekstremalnie dużej mocy i wysokiej częstotliwości. Naukowcy z Cornell University zauważają, że “przewodność cieplna, wysokie napięcie przebicia i duża tolerancja na pole elektryczne” sprawiają, że AlN jest idealny dla tranzystorów mocy i diod nowej generacji. Obecne prace badawczo-rozwojowe (np. projekty finansowane przez DARPA) koncentrują się na diodach PIN opartych na AlN z ultraniską rezystancją w stanie włączenia, aby zmniejszyć straty mocy. Co więcej, podłoża AlN umożliwiły stworzenie pierwszych laserów diodowych o głębokim promieniowaniu UV (długość fali <280 nm) - krytycznych dla sterylizacji i wykrywania - ze względu na kompatybilność sieci AlN z warstwami azotku galu (AlGaN).

Podłoża ceramiczne AlN odgrywają przełomową rolę w dziedzinie opakowań elektronicznych. Przewodność cieplna AlN (150-230 W/m-K) znacznie przewyższa tlenek glinu, umożliwiając odprowadzanie ciepła z chipów przy minimalnym oporze cieplnym. Jego rozszerzalność cieplna odpowiada krzemowi, umożliwiając bezpośrednie łączenie chipów lub odwracanie chipów na AlN bez wywoływania naprężeń. W rezultacie podłoża AlN są szeroko stosowane w modułach IGBT, konwerterach mocy i zaawansowanych pakietach LED. AlN znajduje się również w zaawansowanych technologiach pakowania - na przykład w pakietach waflowych typu fan-out i modułach ułożonych w stos 3D - ponieważ jego wysoka wydajność cieplna i izolacja poprawiają niezawodność gęstych zespołów o dużej mocy. Krótko mówiąc, ceramika AlN służy zarówno jako radiator, jak i podłoże w wielu najnowocześniejszych zastosowaniach półprzewodnikowych i elektronicznych.

Produkty i usługi AlN firmy Great Ceramic

Great Ceramic jest profesjonalnym producentem ceramiki AlN i niestandardowych komponentów. Oferujemy materiały ceramiczne z azotku glinu o wysokiej czystości (>96%) w wielu formach - płyty, podłoża, rury, pręty, podkładki, przekładki i w pełni obrobione części. Nasze części AlN mogą być projektowane na zamówienie i produkowane OEM z wąskimi tolerancjami i opcjonalną metalizacją (np. miedzią lub powłoką DBC) dla elektroniki mocy. Ceramika AlN firmy Great Ceramic ma zwykle gęstość ~ 3,3 g / cm3 i przewodność cieplną > 170 W / m-K. Wspieramy szybkie prototypowanie i produkcję małoseryjną, w tym precyzyjne cięcie laserowe i szlifowanie. Aby zapoznać się z naszymi możliwościami ALN lub poprosić o wycenę, zobacz naszą stronę produktów z azotku glinu (AlN) lub skontaktuj się z nami w celu uzyskania pomocy technicznej.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące AlN (azotku glinu)

ALN (lub AIN) to popularny skrót oznaczający azotek glinu, ceramiczny związek aluminium (Al) i azotu (N). Jest to twardy, biały (lub bladożółty) materiał, który jest doskonałym przewodnikiem ciepła i izolatorem elektrycznym.

Wzór cząsteczkowy to AlN. Oznacza to jeden atom glinu i jeden atom azotu na jednostkę wzoru. Czasami wzór jest zapisywany jako AIN (te same litery, wielkie), ale odnosi się do tego samego związku. Azotek glinu ma nazwę IUPAC azotku glinu.

AlN charakteryzuje się bardzo wysoką temperaturą topnienia. W warunkach obojętnych rozkłada się lub “topi” w temperaturze około 2200-2500 °C. Na przykład, dane techniczne często podają temperaturę topnienia AlN około 2220 °C. Należy pamiętać, że powyżej ~2490 °C AlN dysocjuje (aluminium wrze). W praktyce, AlN pozostaje stały i stabilny termicznie do około 1000-1200 °C w powietrzu, dzięki czemu nadaje się do zastosowań wysokotemperaturowych.

AlN jest szeroko stosowany w elektronice i zarządzaniu ciepłem. Powszechne zastosowania obejmują podłoża i opakowania dla diod LED, diod laserowych, urządzeń RF / mikrofalowych i modułów mocy (IGBT / MOSFET). Jest również stosowany w sprzęcie do produkcji półprzewodników (komory wytrawiania, uchwyty waflowe), komunikacji wysokiej częstotliwości (komponenty radarowe 5G), samochodowych systemach zasilania pojazdów elektrycznych oraz elektronice lotniczej / obronnej. We wszystkich przypadkach AlN służy jako wysokowydajny radiator / izolator lub jako podłoże ceramiczne w celu poprawy niezawodności urządzenia. (Pomimo wyższych kosztów, zalety termiczne AlN sprawiają, że jest on niezastąpiony w wysokiej klasy systemach o dużej mocy).

Nie. “Tlenoazotek glinu” (często nazywany AlON) to inna przezroczysta ceramika składająca się z aluminium, tlenu i azotu. ALN odnosi się konkretnie do czystego azotku glinu (bez tlenu). Mają one różne właściwości i zastosowania. (W razie potrzeby informacje na temat tlenoazotku glinu można znaleźć w innych materiałach Great Ceramic).