Material

Cerâmica de Nitreto de Alumínio (AlN)

Nitreto de alumínio (AlN) ocupa um nicho único entre as cerâmicas técnicas: conduz calor como um metal enquanto permanece um isolante elétrico. Com condutividade térmica de 170–200 W/m·K — comparável…

Nitreto de alumínio (AlN) ocupa um nicho único entre as cerâmicas técnicas: conduz calor como um metal enquanto permanece um isolante elétrico. Com condutividade térmica de 170–200 W/m·K — comparável a algumas ligas de alumínio — e resistividade elétrica superior a 10¹⁴ Ω·cm, o AlN é o material de escolha para substratos de eletrônica de potência, dissipadores de LED e encapsulamentos RF onde o calor deve ser removido sem criar curtos-circuitos.

Seu coeficiente de expansão térmica (4,5×10⁻⁶/K) se aproxima do silício, minimizando o estresse termomecânico nos dies montados. Essa combinação de propriedades tornou o AlN indispensável em veículos elétricos, estações-base 5G, diodos a laser e inversores de alta potência, onde substratos de alumina convencionais não acompanham o fluxo de calor.

Typical Properties

Indicative ranges — confirm grade and test conditions before design commitment.

PropertyIndicative Value
ComposiçãoAluminium nitride
Densidade3.26 g/cm3
Dureza Vickers1100-1200 HV
Resistência à flexão300-350 MPa
Tenacidade à fratura2.5-3.5 MPa.m1/2
Temperatura máxima de serviço1000 C
Condutividade térmica170-200 W/m.K
Expansão térmica (20-1000 C)4.5 x10-6/K
Potential Advantages

Maior condutividade térmica entre as cerâmicas isolantes elétricas; o CTE combina com o silício para fixação de die de baixo estresse; alternativa não tóxica à berília (BeO); boa resistência em alta temperatura; excelente resistência a plasma para equipamentos de processo de semicondutores.

Design Considerations

O AlN hidrolisa lentamente em ambientes úmidos, formando uma camada superficial de hidróxido de alumínio que degrada o desempenho térmico — especifique um revestimento protetor ou encapsulamento hermético para serviço a longo prazo em condições úmidas. O custo é significativamente maior que o da alumina, então reserve o AlN para aplicações onde sua condutividade térmica é genuinamente necessária.

Limitations & Trade-offs

Tenacidade à fratura moderada (2,5–3,5 MPa·m^1/2) torna-o suscetível a danos mecânicos durante o manuseio; a hidrólise superficial em umidade requer proteção; custo mais alto que Al₂O₃ ou Si₃N₄ para volumes equivalentes; disponibilidade limitada em formas muito grandes ou complexas em comparação à alumina.