Material

Керамика нитрида алюминия (AlN)

Нитрид алюминия (AlN) занимает уникальную нишу среди технической керамики: он проводит тепло как металл, оставаясь электрическим изолятором. При теплопроводности 170–200 W/m·K — сопоставимой с некоторыми алюминиевыми сплавами — и удельном…

Нитрид алюминия (AlN) занимает уникальную нишу среди технической керамики: он проводит тепло как металл, оставаясь электрическим изолятором. При теплопроводности 170–200 W/m·K — сопоставимой с некоторыми алюминиевыми сплавами — и удельном электрическом сопротивлении свыше 10¹⁴ Ω·cm, AlN — материал выбора для подложек силовой электроники, теплоотводов светодиодов и ВЧ-корпусов, где тепло нужно отводить, не создавая коротких замыканий.

Его коэффициент теплового расширения (4,5×10⁻⁶/K) близок к кремнию, что сводит к минимуму термомеханические напряжения на смонтированных кристаллах. Это сочетание свойств сделало AlN незаменимым в электромобилях, базовых станциях 5G, лазерных диодах и мощных инверторах, где обычные подложки из оксида алюминия не справляются с тепловым потоком.

Typical Properties

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

PropertyIndicative Value
СоставAluminium nitride
Плотность3.26 g/cm3
Твёрдость по Виккерсу1100-1200 HV
Прочность на изгиб300-350 MPa
Вязкость разрушения2.5-3.5 MPa.m1/2
Максимальная рабочая температура1000 C
Теплопроводность170-200 W/m.K
Тепловое расширение (20-1000 C)4.5 x10-6/K
Potential Advantages

Наивысшая теплопроводность среди электрически изолирующих керамик; КТР близок к кремнию для монтажа кристаллов с низкими напряжениями; нетоксичная альтернатива оксиду бериллия (BeO); хорошая прочность при повышенной температуре; отличная стойкость к плазме для технологического оборудования полупроводников.

Design Considerations

AlN медленно гидролизуется во влажной среде, образуя поверхностный слой гидроксида алюминия, который ухудшает тепловые характеристики, — укажите защитное покрытие или герметичный корпус для длительной службы во влажных условиях. Стоимость значительно выше, чем у оксида алюминия, поэтому применяйте AlN там, где его теплопроводность действительно необходима.

Limitations & Trade-offs

Умеренная вязкость разрушения (2,5–3,5 MPa·m^1/2) делает его восприимчивым к механическим повреждениям при обращении; поверхностный гидролиз во влаге требует защиты; более высокая стоимость, чем у Al₂O₃ или Si₃N₄, для эквивалентных объёмов; ограниченная доступность очень крупных или сложных форм по сравнению с оксидом алюминия.