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

Overview

PCAN1000 is our standard high purity aluminium nitride with a thermal conductivity of 170 W/mK. This is the same thermal performance as our substrate material but offers the possibility of larger pieces in length/width and in thicknesses up to 30mm.

PCAN1000 has good coefficient of thermal expansion – matched to silicon and gallium nitride over wide temperature ranges.

Applications

  • High power insulators
  • Laser components
  • Water cooled heatsinks
  • Power electronics
  • Aerospace, medical and semiconductor components supplied to ISO9001/2015

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PCAN2000

Overview

PCAN2000 is one of our enhanced grades of aluminium nitride, offering all the mechanical performance of PCAN1000 with the enhanced benefits of 200 W/mK thermal conductance.

Applications

  • Heat sinks
  • Heat spreaders
  • Laser heatsinks power rectifiers
  • Aerospace, power electronics, rectifiers supplied to ISO9001/2015

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PCAN3000

Overview

PCAN3000 is one of our enhanced grades of aluminium nitride offering, all the mechanical performance of PCAN1000 with the enhanced benefits of 230 W/mK thermal conductance.

Applications

  • Heat sinks
  • Heat spreaders
  • Laser heatsinks power rectifiers
  • Aerospace, power electronics, rectifiers supplied to ISO9001/2015

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PCAN4000

Overview

PCAN4000 is one of our enhanced grades of aluminium nitride offering, all the mechanical performance of PCAN1000 with the enhanced benefits of 200 W/mK thermal conductance

Applications

  • Heat sinks
  • Heat spreaders
  • Laser heatsinks power rectifiers
  • Aerospace, power electronics, rectifiers supplied to ISO9001/2015

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PCAN1000S Substrate

Overview

PCAN1000S 170 W/mK is our standard high thermal conductivity substrate material, However, other high-performance grades are also available.

Applications

  • Heat sinks
  • Heat spreaders
  • Laser heatsinks power rectifiers
  • Aerospace, power electronics, rectifiers supplied to ISO9001/2015

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Aluminiumnitrid Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften

EigenschaftEinheitPCAN1000PCAN2000PCAN3000PCAN4000PCAN1000S
Dichteg/cm33.323.323.323.303.30
Modulus der Elastizität GPa320320
Bruchfestigkeit KIC MPa m1/2 3332.53
Poissonsche Konstante0.22
Festigkeit Keramik MPa 300030003000
Biegefestigkeit @ 25°C MPa 350350350350350
Härte GPa 101001211

Wärmetechnische Eigenschaften

EigenschaftEinheitPCAN1000PCAN2000PCAN3000PCAN4000PCAN1000S
Wärmeleitfähigkeit @ 25°CW/mK170200230200170
* CTE 25°C ➞ 400°C10-6/K4.54.54.53.54.6
** Maximale Temperatur (inert)°C12001200120012001200

* Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) beschreibt, wie sich die Größe eines Objekts bei einer Temperaturänderung ändert.

** Hinweis: Ohne Belastung

Note: AlN is susceptible to surface oxidization. When this happens, a layer of Aluminum Oxide forms. This does help to protect the material, however, it impacts the thermal conductivity (Alumina is ~30 W/mK). In oxidizing atmospheres, this happens around 700°C. In inert atmospheres, this layer protects the AlN up to ~1350°C. Bulk oxidation will occur at temperatures above this.

Elektrische Eigenschaften

EigenschaftEinheitPCAN1000PCAN2000PCAN3000PCAN4000PCAN1000S
Dielektrizitätskonstante1 MHz8.88.88.88.58.8
Dielektrischer Verlust1 MHz5×10-45×10-45×10-4
Dielektrische SpannungkV/mm1515157014
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

Aluminum Nitride PCAN1000S Brand Image

Aluminiumnitrid

PCAN1000S Substrat

Aluminum Nitride PCAN1000 Brand Image

Aluminiumnitrid

PCAN1000

Aluminum Nitride PCAN2000 Brand Image

Aluminiumnitrid

PCAN2000

Aluminum Nitride PCAN3000 Brand Image

Aluminiumnitrid

PCAN3000

Aluminum Nitride PCAN4000 Brand Image

Aluminiumnitrid

PCAN4000

Aluminium-Nitrid-Bearbeitung

Precision Ceramics is your Aluminum Nitride machining specialist for your technical ceramic prototyping & manufacturing needs. We use our many years of advanced ceramics experience to provide advice on materials, design, and application. If you would like to buy Aluminum Nitride plates, rods, tubes or custom machined components, or need more information, please contact us and one of our experts will be happy to assist you. We can supply components in prototype to production quantities with pressed, isostatic pressed, machined, and ground parts.

Aluminum Nitride can be machined in green, biscuit, or fully dense states. While in the green or biscuit form, it can be machined relatively easily into complex geometries. However, the sintering process that is required to fully densify the material causes the Aluminum Nitride body to shrink approximately 20%. This shrinkage means that it is impossible to hold very tight tolerances when machining AlN pre-sintering.

In order to achieve very tight tolerances, fully sintered material must be machined/ground with diamond tools. In this process a very precise diamond coated tool/wheel is used to abrade away the material until the desired form is created. Due to the inherent toughness and hardness of the material, this can be a time consuming and costly process. Shapal Hi-M Soft is often used as a substitute for pure AlN because it also offers high thermal conductivity, electrical insulation, and can be machined into complex geometries with tight tolerances.

AlN commonly comes in substrates up to 1 mm thick, which can easily be laser cut. It can also come in thicker forms, however, it can be difficult/costly to manufacture in small quantities if the part requires custom material or significant machining. Shapal Hi-M Soft is often used as an alternative to pure aluminum nitride because it also offers high thermal conductivity and can be machined into complex geometries.

Häufig gestellte Fragen

  • What is Aluminum Nitride?

    Aluminum Nitride (AlN) is an excellent material to use if high thermal conductivity and electrical insulation properties are required; making it an ideal material for use in thermal management and electrical applications. Additionally, Aluminum Nitride is common alternative to Beryllium Oxide (BeO) in the semiconductor industry as it is not a health hazard when machined. Aluminum Nitride has a coefficient of thermal expansion and electrical insulation properties that closely matches that of Silicon wafer material, making it an useful material for electronics applications where high temperatures and heat dissipation is often a problem.

  • What is Aluminum Nitride used for?

    Aluminum Nitride (AlN) is an excellent material to use if high thermal conductivity and electrical insulation properties are required. Because of it’s qualities, it is an ideal material for use in thermal management and electrical applications. Some common applications of Aluminum Nitride include the following:

    • Heat sinks & heat spreaders
    • Electrical insulators for lasers
    • Chucks, clamp rings for semiconductor processing equipment
    • Electrical insulators
    • Silicon wafer handling and processing
    • Substrates & insulators for microelectronic devices & opto electronic devices
    • Substrates for electronic packages
    • Chip carriers for sensors and detectors
    • Chiplets
    • Collets
    • Laser heat management components
    • Molten metal fixtures
    • Packages for microwave devices
  • Ist Aluminiumnitrid eine Keramik?

    Aluminiumnitrid (AlN) ist eine technische Keramik, die eine äußerst interessante Kombination aus sehr hoher Wärmeleitfähigkeit und hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften aufweist.

  • 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.

  • 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.