Aluminiumnitrid (AlN) – CeramAlum™
Aluminiumnitrid (AlN) ist ein technisches Keramikmaterial mit Eigenschaften, die sich ideal für das Wärmemanagement und elektrische Anwendungen eignen. Außerdem ist AlN in der Halbleiterindustrie eine gängige Alternative zu Berylliumoxid (BeO), da es bei der Bearbeitung nicht gesundheitsschädlich ist. Aluminiumnitrid hat elektrische Isolationseigenschaften und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem von Siliziumscheiben sehr nahe kommt. Das macht es zu einem nützlichen Material für elektronische Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen und Wärmeableitung oft ein Problem darstellen.
Material Vorteile
- Mehr als die fünffache Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid
- Ermöglicht die schnellere und bessere Funktion von Hochleistungsgeräten in kleineren Geräten
- Keine giftigen Auswirkungen von Beryllia
- Gute Plasmabeständigkeit
- Ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit
Anwendungen
- Elektrische Hochleistungs-Isolatoren
- Leistungselektronik
- Heizstrahler
- Kühlkörper
- Wassergekühlte Kühlkörper
- Gleichrichter als Kühlkörper für Laser
- Laserkomponenten
- Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Gleichrichter, gemäß ISO9001/2015
Material Sorten
Precision Ceramics bietet mehrere Varianten von Aluminiumnitrid an. Die unterschiedlichen Methoden, die zur Herstellung dieser Materialien verwendet werden, führen zu etwas unterschiedlichen Eigenschaften und Merkmalen. In diesem Abschnitt bewerten wir die Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Eigenschaften der Materialien und ihrer Anwendungsmöglichkeiten.
PCAN1000
Übersicht
PCAN1000 ist unser hochreines Standard-Aluminiumnitrid mit einer Wärmeleitfähigkeit von 170 W/mK. Dies ist die gleiche thermische Leistung wie unser Trägermaterial, bietet aber die Möglichkeit, größere Stücke in Länge/Breite und in Dicken bis zu 30 mm herzustellen.
PCAN1000 hat einen guten Wärmeausdehnungskoeffizienten, der über weite Temperaturbereiche mit dem von Silizium und Galliumnitrid vergleichbar ist.
Anwendungen
- Hochleistungs-Isolatoren
- Laserkomponenten
- Wassergekühlte Kühlkörper
- Leistungselektronik
- Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Halbleiterkomponenten gemäß ISO9001/2015
PCAN2000
Übersicht
PCAN2000 ist eine unserer verbesserten Aluminiumnitridsorten. Sie bietet die gleiche technische Leistung wie PCAN1000 mit dem zusätzlichen Vorteil einer Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK.
Anwendungen
- Kühlkörper
- Heizstrahler
- Laser-Kühlkörper Leistungsgleichrichter
- Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Gleichrichter, gemäß ISO9001/2015
PCAN3000
Übersicht
PCAN3000 ist eine unserer verbesserten Aluminiumnitrid-Sorten, die alle mechanischen Eigenschaften von PCAN1000 mit dem zusätzlichen Vorteil einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/mK bietet.
Anwendungen
- Kühlkörper
- Heizstrahler
- Laser-Kühlkörper Leistungsgleichrichter
- Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Gleichrichter, gemäß ISO9001/2015
PCAN4000
Übersicht
PCAN4000 ist eine unserer verbesserten Aluminiumnitrid-Sorten, die alle mechanischen Eigenschaften von PCAN1000 mit dem zusätzlichen Vorteil einer Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK bietet.
Anwendungen
- Kühlkörper
- Heizstrahler
- Laser-Kühlkörper Leistungsgleichrichter
- Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Gleichrichter, gemäß ISO9001/2015
PCAN1000S Substrat
Übersicht
PCAN1000S 170 W/mK ist unser Standard-Substratmaterial mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Es sind jedoch auch andere leistungsstarke Klassen erhältlich.
Anwendungen
- Kühlkörper
- Heizstrahler
- Laser-Kühlkörper Leistungsgleichrichter
- Luft- und Raumfahrt, Leistungselektronik, Gleichrichter, gemäß ISO9001/2015
Aluminiumnitrid Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Einheit | PCAN1000 | PCAN2000 | PCAN3000 | PCAN4000 | PCAN1000S |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dichte | g/cm3 | 3.32 | 3.32 | 3.32 | 3.30 | 3.30 |
| Modulus der Elastizität | GPa | – | – | – | 320 | 320 |
| Bruchfestigkeit KIC | MPa m1/2 | 3 | 3 | 3 | 2.5 | 3 |
| Poissonsche Konstante | – | – | – | – | 0.22 | – |
| Festigkeit Keramik | MPa | 3000 | 3000 | 3000 | – | – |
| Biegefestigkeit @ 25°C | MPa | 350 | 350 | 350 | 350 | 350 |
| Härte | GPa | 10 | 10 | 0 | 12 | 11 |
Wärmetechnische Eigenschaften
| Eigenschaft | Einheit | PCAN1000 | PCAN2000 | PCAN3000 | PCAN4000 | PCAN1000S |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit @ 25°C | W/mK | 170 | 200 | 230 | 200 | 170 |
| * CTE 25°C ➞ 400°C | 10-6/K | 4.5 | 4.5 | 4.5 | 3.5 | 4.6 |
| ** Maximale Temperatur (inert) | °C | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 |
* Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) beschreibt, wie sich die Größe eines Objekts bei einer Temperaturänderung ändert.
** Hinweis: Ohne Belastung
Hinweis: AlN ist anfällig für Oberflächenoxidation. Wenn dies geschieht, bildet sich eine Schicht aus Aluminiumoxid. Dies dient der Materialschonung. Allerdings wirkt es sich auf die Wärmeleitfähigkeit aus ( Aluminiumoxid beträgt ~30 W/mK). In oxidierenden Atmosphären geschieht dies bei etwa 700°C. In inerten Atmosphären schützt diese Schicht das AlN bis zu ~1350°C. Bei höheren Temperaturen kommt es zu einer massiven Oxidation.
Elektrische Eigenschaften
| Eigenschaft | Einheit | PCAN1000 | PCAN2000 | PCAN3000 | PCAN4000 | PCAN1000S |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Dielektrizitätskonstante | 1 MHz | 8.8 | 8.8 | 8.8 | 8.5 | 8.8 |
| Dielektrischer Verlust | 1 MHz | 5×10-4 | 5×10-4 | 5×10-4 | – | – |
| Dielektrische Spannung | kV/mm | 15 | 15 | 15 | 70 | 14 |
| Volumenwiderstand @ 25°C | Ohm-cm | >1013 | >1013 | >1013 | >1014 | >1014 |
Haftungsausschluss: Die angegebenen Werte sind Mittelwerte und typisch für die Ergebnisse von Testproben. Sie dienen lediglich als Anhaltspunkt für die Gestaltung von Keramikkomponenten und stellen in keiner Weise eine Garantie dar. Die tatsächlichen Werte können je nach Form und Größe der geplanten Komponente variieren.
Datenblätter
Aluminiumnitrid
PCAN1000S Substrat
Aluminiumnitrid
PCAN1000
Aluminiumnitrid
PCAN2000
Aluminiumnitrid
PCAN3000
Aluminiumnitrid
PCAN4000
Aluminium-Nitrid-Bearbeitung
Precision Ceramics ist Ihr Spezialist für die Bearbeitung von Aluminiumnitrid für Ihren Bedarf an technischen Keramikprototypen und deren Fertigung. Wir nutzen unsere langjährige Erfahrung im Bereich der Hochleistungskeramik, um Sie zu Materialien, Design und Anwendung zu beraten. Wenn Sie Aluminiumnitrid-Platten, -Stäbe, -Rohre oder kundenspezifisch bearbeitete Komponenten kaufen möchten oder weitere Informationen benötigen, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf und einer unserer Experten wird Ihnen gerne weiterhelfen. Wir können Komponenten in Prototyp- und Produktionsmengen mit gepressten, isostatisch gepressten, bearbeiteten und geschliffenen Teilen liefern.
Aluminiumnitrid kann im rohem, biskuitartigem oder völlig dichtem Zustand bearbeitet werden. In roher Form kann es relativ leicht zu komplexen Formen verarbeitet werden. Durch den Sinterprozess, der zur vollständigen Verdichtung des Materials erforderlich ist, schrumpft der Aluminiumnitridkörper jedoch um etwa 20%. Diese Schrumpfung bedeutet, dass es unmöglich ist, bei der Bearbeitung von AlN vor dem Sintern sehr enge Toleranzen einzuhalten.
Um sehr enge Toleranzen zu erreichen, muss vollgesintertes Material mit Diamantwerkzeugen bearbeitet/geschliffen werden. Bei diesem Verfahren wird ein sehr präzises diamantbeschichtetes Werkzeug/Rad verwendet, um das Material abzuschleifen, bis die gewünschte Form entstanden ist. Aufgrund der besonderen Robustheit und Härte des Materials kann dies ein zeitaufwändiger und kostspieliger Prozess sein. Shapal Hi-M Soft wird häufig als Ersatz für reines AlN verwendet, da es auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolierung bietet und in komplexe Geometrien mit engen Toleranzen verarbeitet werden kann.
AlN wird üblicherweise in Substraten mit einer Dicke von bis zu 1 mm hergestellt, die leicht mit dem Laser geschnitten werden können. Es gibt sie auch in dickeren Formen, allerdings kann es schwierig/kostspielig sein, sie in kleinen Mengen herzustellen, wenn das Teil ein spezielles Material oder eine umfangreiche Bearbeitung erfordert. Shapal Hi-M Soft wird häufig als Alternative zu reinem Aluminiumnitrid verwendet, da es ebenfalls eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und in komplexe Formen verarbeitet werden kann.
Ähnliche Materialien
Aluminiumnitrid ist eines der wenigen Materialien, das elektrische Isolierung und hohe Wärmeleitfähigkeit bietet. Das macht AlN in der Hochleistungselektronik zu einem äußerst nützlichen Material für Kühlkörper und Wärmeverteiler. Andere Materialien, die häufig verwendet werden, sind Bornitrid, Shapal Hi-M Soft, Berylliumoxid und manchmal Alumina.
Shapal Hi M Soft™
Bearbeitbares AlN
Shapal Hi M Soft ist eine hybride, maschinell bearbeitbare Aluminiumnitrid (AlN)-Keramik, die eine hohe mechanische Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit bietet.
Bornitrid
Bornitrid-Sorten
Bornitrid (BN) ist ein fortschrittliches synthetisches Keramikmaterial, das in fester und pulverförmiger Form erhältlich ist. Es hat eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und ist leicht zu bearbeiten.
Häufig gestellte Fragen
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Was ist Aluminiumnitrid?
Aluminiumnitrid (AlN) ist ein hervorragendes Material, wenn eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolationseigenschaften erforderlich sind. Das macht es zu einem idealen Material für den Einsatz im Wärmemanagement und in elektrischen Anwendungen. Darüber hinaus ist Aluminiumnitrid in der Halbleiterindustrie eine gängige Alternative zu Berylliumoxid (BeO), da es bei der Bearbeitung keine Gesundheitsgefahr darstellt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient und die elektrischen Isolationseigenschaften von Aluminiumnitrid entsprechen weitgehend denen von Silizium-Wafermaterial. Daher ist es ein nützliches Material für elektronische Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen und Wärmeableitung oft ein Problem darstellen.
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Wofür wird Aluminiumnitrid verwendet?
Aluminiumnitrid (AlN) ist ein hervorragendes Material, wenn eine hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isoliereigenschaften erforderlich sind. Aufgrund seiner Eigenschaften ist es ein ideales Material für den Einsatz im Wärmemanagement und in elektrischen Anwendungen. Zu den gängigen Anwendungsgebieten von Aluminiumnitrid gehören unter anderem:
- Kühlkörper & Wärmeverteiler
- Elektrische Isolatoren für Laser
- Spannfutter, Klemmringe für Halbleiterverarbeitungsanlagen
- Elektrische Isolatoren
- Handhabung und Verarbeitung von Siliziumwafern
- Substrate und Isolatoren für mikroelektronische Geräte und optoelektronische Geräte
- Substrate für elektronische Pakete
- Chipträger für Sensoren und Detektoren
- Chiplets
- Spannzangen
- Komponenten zum Laser-Wärmemanagement
- Vorrichtungen aus geschmolzenem Metall
- Pakete für Mikrowellengeräte
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Ist Aluminiumnitrid eine Keramik?
Aluminiumnitrid (AlN) ist eine technische Keramik, die eine äußerst interessante Kombination aus sehr hoher Wärmeleitfähigkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften aufweist.
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Ist Aluminiumnitrid giftig?
Eine Exposition gegenüber AlN über den Mund, durch Inhalation oder Injektion kann Knochen- und Lungenschäden verursachen. Wiederholte Exposition kann die Augen und die Haut reizen.
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Was ist der Unterschied zwischen Shapal und Aluminiumnitrid?
Reines Aluminiumnitrid ist häufig das Material der Wahl für Anwendungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Da es sich jedoch um ein so hartes Material handelt, ist es oft kostspielig, es in kleinen Mengen oder nicht standardisierten Größen herzustellen. Shapal Hi M Soft ist ein maschinell bearbeitbarer Aluminiumnitrid/Bornitrid-Verbundwerkstoff, der in unglaublich engen Toleranzen und komplizierten Formen bearbeitet werden kann und dennoch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweist.