Aluminiumnitrid-Keramik (AlN): Ein Kernmaterial für die Elektronikverpackung mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Im Bereich der funktionalen Werkstoffe der keramischen additiven Fertigung hat sich Aluminiumnitrid (AlN) dank seiner einzigartigen Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit und hoher elektrischer Isolation zu einem Kernwerkstoff für die Lösung von Herausforderungen der Wärmeableitung und Isolation in elektronischen Bauelementen entwickelt. Mithilfe additiver Fertigungstechnologien wie dem keramischen 3D-Druck mittels Photopolymerisation (SLA-Keramik) konnte AlN den Engpass traditioneller Verfahren, die Schwierigkeiten bei der Herstellung komplexer Wärmeableitungsstrukturen aufweisen, erfolgreich überwinden und bietet somit eine effiziente und praktikable neue Lösung für die hochdichte Gehäusefertigung in der Leistungshalbleiterindustrie, der 5G-Kommunikation, elektronischen Steuerungssystemen für Elektrofahrzeuge und weiteren Anwendungsgebieten.

Kerneigenschaften von Aluminiumnitrid

1. Hohe Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolation: Die „goldene Kombination“ für das Wärmemanagement in der Elektronik.

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid bei Raumtemperatur erreicht 170–220 W/(m·K)(theoretischer Wert bis zu 320 W/(m·K)), was dem 5- bis 10-Fachen der Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxidkeramik (18–35 W/(m·K)) entspricht und sich der Wärmeleitfähigkeit von metallischem Aluminium annähert. Gleichzeitig ist ihr spezifischer Volumenwiderstand ebenso hoch wie 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm, das hervorragende elektrische Isolationseigenschaften aufweist. Diese einzigartige Eigenschaft, „wärmeleitend und gleichzeitig elektrisch isolierend“ zu sein, macht es zum Kernsubstratmaterial für AlN-Keramiksubstrate Und AlN-Kühlkörper, weit verbreitet bei der Herstellung von IGBT-Modulgehäusen und LED-Wärmeableitungssubstraten.

2. Niedrige Dielektrizitätskonstante und geringe Verluste: Die „Stabilitätsgarantie“ für Hochfrequenzsignale

Die Dielektrizitätskonstante von Aluminiumnitrid bei 1 MHz beträgt 8,5–8,6mit einem dielektrischen Verlust von ungefähr (1–10)×10⁻⁴Dadurch werden Signaldämpfung und Interferenzen bei der Hochfrequenzsignalübertragung effektiv reduziert. In Produkten wie 5G-Basisstations-HF-Geräten und AlN-FilterDiese Eigenschaft gewährleistet Signalstabilität in Millimeterwellen-Frequenzbändern (28/39 GHz) und bietet somit zuverlässige Unterstützung für Hochfrequenzkommunikation.

3. Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten: Der „Spannungspuffer“ für die Chipverpackung

Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Aluminiumnitrid beträgt ungefähr 4,2–4,5×10⁻⁶/K(bei 20–100 °C), was der von Siliziumchips (ungefähr 2,6 × 10⁻⁶/K), SiC-Leistungsbauelemente und GaN-HF-Bauelemente. Dadurch werden die bei Temperaturzyklen entstehenden Grenzflächenspannungen effektiv reduziert und eine Ablösung des Chips verhindert. AlN-Keramiksubstrate, was es zu einem idealen Material macht für Halbleitergehäuse der dritten Generation.

4. Hochtemperaturbeständigkeit und chemische Stabilität

Aluminiumnitrid bleibt bis zu etwa 2200 °Cin inerter Atmosphäre oder im Vakuum, mit einer Oxidationsschutztemperatur von ungefähr 700–800 °Cin der Luft. Es besitzt außerdem eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Schmelzmetallerosion, wodurch es sich für verschiedene raue Betriebsumgebungen eignet, wie zum Beispiel Hochtemperatur-Kobrennkeramik (HTCC), AlN-Strukturkomponenten, Und AlN-Tiegel.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Aluminiumnitrid aufgrund seiner Kernvorteile wie hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher elektrischer Isolation, geringer dielektrischer Verluste, angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie exzellenter Hochtemperaturbeständigkeit und chemischer Stabilität zu einem unverzichtbaren Schlüsselmaterial im Bereich der Elektronikgehäuse geworden ist. Es spielt eine unersetzliche Rolle in High-End-Branchen wie Leistungshalbleitern, 5G-Kommunikation und elektronischen Steuerungssystemen für Elektrofahrzeuge. Mit dem Fortschritt additiver Fertigungsverfahren und anderer Technologien werden sich die Anwendungsbereiche für AlN-Keramikprodukte weiter ausdehnen und die Miniaturisierung, die hohe Integrationsdichte und die Entwicklung hochzuverlässiger elektronischer Bauelemente kontinuierlich unterstützen.

Xiamen Juci produziert Aluminiumnitrid-Keramiksubstrate, Aluminiumnitridpulver und verwandte Produkte. Bitte kontaktieren Sie uns bei Bedarf.

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