Was ist Aluminiumnitrid?
Aluminiumnitrid ist eine farblose oder graue kristalline anorganische Verbindung von Aluminiumnitrid.
Aluminiumnitrid ist ein Material mit geringer elektronischer Leitfähigkeit, aber hoher Wärmeleitfähigkeit. Es ist das stabilste der Nitride gegen Oxidation.
Anwendungen von Aluminiumnitrid
Aluminiumnitrid wird hauptsächlich als wärmeableitendes Material für wärmeempfindliche Halbleiter und andere elektronische Bauteile verwendet, da es eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung und Wärmeausdehnungseigenschaften aufweist, die denen verschiedener Halbleiter nahe kommen.
Zu den spezifischen Anwendungen gehören Substrate für Leistungstransistormodule, LED-Montagesubstrate und IC-Gehäuse. Weitere Anwendungen sind Komponenten für Plasmaätzer, Wafer-Chucks, Wafer-Haltevorrichtungen für Stepper, Dummy-Wafer und Heizausgleichsplatten.
Aluminiumnitrid wird auch als Füllstoff verwendet und kann mit verschiedenen Harzmaterialien gemischt werden, um die Leistung des Harzes zu verbessern. So kann zum Beispiel Aluminiumnitrid-Feinpulver mit verschiedenen Harzen wie Epoxidharzen, Silikonharzen und BT-Harzen gemischt werden, um Füllung, Fließfähigkeit und hohe Wärmeableitung zu erreichen.
Eigenschaften von Aluminiumnitrid
Die Summenformel von Aluminiumnitrid ist AlN, ein farbloser oder grauer kristalliner Feststoff mit einem Molekulargewicht von 40,99. Es hat ein spezifisches Gewicht von 3,3, schmilzt bei Umgebungsdruck nicht und zersetzt sich bei 2150 °C. Chemisch gesehen ist es eine sehr stabile Substanz, und die gesinterte Form ist in den üblichen Säuren und Basen wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure unlöslich. Aluminiumnitrid in Pulverform reagiert jedoch leicht mit Wasser an der Luft, wobei Aluminiumhydroxid und Ammoniak entstehen. (AlN +3H2O → Al(OH)3 + NH3)
Es zersetzt sich schnell, insbesondere in wässrigen Lösungen mit hohem pH-Wert. Aus diesem Grund ist es wichtig, das Pulver in hochreinem Stickstoffgas oder in trockener Luft zu lagern. Aluminiumnitrid in Pulverform unterliegt der Hydrolyse, während Sinterkörper, die für die Formgebung bei 1700 °C oder höher gesintert werden, nicht hydrolysieren und sich zudem durch eine hohe chemische Beständigkeit auszeichnen.
Zur Herstellung von Sinterkörpern wird Aluminiumnitrid Pulver mit Bindemitteln und Weichmachern zu einer Masse vermischt, die dann in die gewünschte Form gebracht und bei hohen Temperaturen gesintert wird. Aluminiumnitrid ist ein sehr homogenes Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem hohen Wärmeemissionsvermögen.
Seine Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur beträgt 70-200 W/m-K und ist damit 2-15 mal höher als die von Aluminiumoxid (Al2O3). Sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist genauso niedrig wie der von Silizium und es zeichnet sich auch durch seine Beständigkeit gegen thermische Verformung aus. Aufgrund seiner Widerstandsfähigkeit gegen thermische Verformung ist auch die Temperaturwechselbeständigkeit höher als bei anderen Keramiken.
Weitere Informationen über Aluminiumnitrid
Herstellungsverfahren für Aluminiumnitrid
Aluminiumnitrid kann auf drei Arten hergestellt werden: aus Aluminiumoxid, aus festem Aluminium oder aus Aluminiumchlorid.
1. Verfahren zur Herstellung aus Aluminiumoxid
Es wird durch Reaktion eines Gemischs aus Bauxit (einem Mineral mit hohem Aluminiumoxidgehalt) und Koks bei 1700 °C in Stickstoff unter hohem Druck gewonnen.
Al2O3 + 3C + N2 → 2AlN + 3CO
2. direkte Reaktion von Aluminiumpulver mit Stickstoff
Wenn Aluminiumpulver in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt wird, beginnt die Nitrierreaktion bei etwa 600 °C. Die Temperatur wird schrittweise erhöht, und die Reaktion ist bei 800-1000 °C abgeschlossen. Aluminiumpulver beginnt bei 600 °C zu schmelzen und zu agglomerieren, wodurch sich die Kontaktfläche mit dem Stickstoff verringert, so dass die Nitrierreaktion unter Vermeidung von Agglomeration durchgeführt werden muss.
2Al + N2 → 2AlN
3. Reaktion von Aluminiumchlorid mit Ammoniak
Aluminiumnitrid wird durch Reaktion von Aluminiumchlorid mit Ammoniak bei 1200-1500 °C gewonnen. Diese Methode wird zur Herstellung dünner Schichten aus Aluminiumnitrid in kleinem Maßstab verwendet.
AlCl3 + NH3 → AlN + 3HCl