Qu’est-ce que le nitrure d’aluminium ?
Le nitrure d’aluminium est un composé inorganique cristallin incolore ou gris de nitrure d’aluminium.
Le nitrure d’aluminium est un matériau à faible conductivité électronique mais à forte conductivité thermique. C’est le plus stable des nitrures contre l’oxydation.
Utilisations du nitrure d’aluminium
Le nitrure d’aluminium est principalement utilisé comme matériau dissipateur de chaleur pour les semi-conducteurs sensibles à la chaleur et d’autres composants électroniques. La raison de ce choix étant ses excellentes propriétés de conductivité thermique, d’isolation électrique et de dilatation thermique proches de celles de divers semi-conducteurs.
Les utilisations spécifiques comprennent les substrats de modules de transistors de puissance, les substrats de montage de DEL et les boîtiers de circuits intégrés. Parmi les autres utilisations, on peut citer les composants des graveurs à plasma et des mandrins pour plaquettes, les gabarits de maintien des plaquettes pour les steppers, les plaquettes factices et les plaques d’égalisation de l’élément chauffant.
Le nitrure d’aluminium a également des fonctions de charge et peut être mélangé à divers matériaux de résine afin d’améliorer la performance de la résine. Par exemple, le mélange de la poudre fine de nitrure d’aluminium avec diverses résines, telles que les résines époxy, les résines de silicone et les résines BT, peut apporter des propriétés de remplissage, de fluidité et de dissipation thermique élevée.
Propriétés du nitrure d’aluminium
La formule moléculaire du nitrure d’aluminium est AlN, un solide cristallin incolore ou gris avec un poids moléculaire de 40,99. Il a un poids spécifique de 3,3, ne fond pas à la pression ambiante et se décompose à 2 150°C. Chimiquement, il s’agit d’une substance très stable. La forme frittée est insoluble dans les acides et bases courants tels que l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique et l’acide nitrique. Toutefois, le nitrure d’aluminium sous forme de poudre réagit facilement avec l’eau dans l’air pour produire de l’hydroxyde d’aluminium et de l’ammoniac. (AlN +3H2O → Al(OH)3 + NH3)
Il se décompose rapidement, en particulier dans les solutions aqueuses à pH élevé. C’est pourquoi il est important de stocker la poudre dans de l’azote gazeux de haute pureté ou dans de l’air sec. Le nitrure d’aluminium en poudre est sujet à l’hydrolyse, mais les corps frittés, qui sont frittés à 1700°C ou plus pour le moulage, ne s’hydrolysent pas. Ils se caractérisent également par une grande résistance chimique.
Les corps frittés sont créés en mélangeant de la poudre de nitrure d’aluminium avec des liants et des plastifiants pour former une gomme. Cette dernière est ensuite transformée dans la forme souhaitée et frittée à haute température. Le nitrure d’aluminium est un matériau très homogène avec une conductivité thermique et une émissivité thermique élevées.
Sa conductivité thermique à température ambiante est de 70-200 W/m-K, soit 2 à 15 fois plus élevée que celle de l’alumine (Al2O3). Son coefficient de dilatation thermique est aussi faible que celui du silicium. Il se caractérise également par sa résistance à la déformation thermique. En raison de sa résistance à la déformation thermique, la résistance aux chocs thermiques est également plus élevée que celle des autres céramiques.
Autres informations sur le nitrure d’aluminium
Méthodes de production du nitrure d’aluminium
Le nitrure d’aluminium peut être produit de trois manières : à partir d’oxyde d’aluminium, à partir d’aluminium solide ou à partir de chlorure d’aluminium.
1. Méthode de production à partir d’oxyde d’aluminium
Celui-ci est obtenu en faisant réagir un mélange de bauxite (minéral à forte teneur en oxyde d’aluminium) et de coke à 1700°C dans de l’azote à haute pression.
Al2O3 + 3C + N2 → 2AlN + 3CO
2. Réaction directe de la poudre d’aluminium avec l’azote
Lorsque la poudre d’aluminium est chauffée dans une atmosphère d’azote, la réaction de nitrure d’aluminium commence à environ 600 °C. La température est progressivement augmentée et la réaction s’achève à 800-1 000 °C. La poudre d’aluminium commence à fondre et à s’agglomérer à 600 °C, ce qui réduit la surface de contact avec l’azote. La réaction de nitruration doit donc être effectuée en évitant l’agglomération.
2Al + N2 → 2AlN
3. réaction du chlorure d’aluminium avec l’ammoniac
Le nitrure d’aluminium est obtenu en faisant réagir du chlorure d’aluminium avec de l’ammoniac à 1 200-1 500 °C. Cette méthode est utilisée pour former des couches minces de Nitrure d’aluminium à petite échelle.
AlCl3 + NH3 → AlN + 3HCl