Was sind die Anwendungen von Aluminiumnitridkeramik?

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Aluminiumnitrid (AlN) Keramik ist ein neues, fortschrittliches keramisches Material mit sehr guten umfassenden Leistungen. Es handelt sich nicht um eine herkömmliche Keramik für den täglichen Gebrauch, sondern um ein Hightech-Material, das durch spezielle Verfahren hergestellt wird und als eine der "Kronen" im Bereich der keramischen Werkstoffe bekannt ist. Seine Hauptvorteile sind die extrem hohe Wärmeleitfähigkeit, der gute Wärmeausdehnungskoeffizient im Vergleich zu Silizium, die ausgezeichnete elektrische Isolierung, die zuverlässige Hochtemperaturstabilität und die chemische Inertheit. Diese Eigenschaften machen es zu einem idealen Material für die Lösung von Schlüsselfragen wie Wärmemanagement, Verpackung und Korrosionsbeständigkeit in der modernen High-Tech-Industrie.

1、 Elektronikindustrie und Halbleiterbereich: Die ultimative Lösung für das Wärmemanagement
Dies ist der größte und wichtigste Anwendungsbereich von Aluminiumnitridkeramik. Mit der zunehmenden Leistung und Integration von Chips ist die Wärmeableitung zu einem Engpass geworden, der die Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von elektronischen Geräten einschränkt. Aluminiumnitridkeramik ist das Schlüsselmaterial zur Lösung dieses Kernproblems.
1.1 Gehäuse für große integrierte Schaltungen (IC) und Wärmeableitungssubstrat
Lösung: Herkömmliche Aluminiumoxid-Substrate (Al ₂ O ∝) haben eine niedrige Wärmeleitfähigkeit (ca. 20-30 W/mK), die die Anforderungen an die Wärmeableitung von Hochleistungs-Chips wie CPUs, GPUs, FPGAs und IGBTs nicht erfüllen kann, was zu hohen Sperrschichttemperaturen, verminderter Leistung und sogar zum Durchbrennen führt.
Anwendungsbeispiel: Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramik beträgt 170-230 W/mK, was dem 7-10fachen von Aluminiumoxid entspricht. Sie kann die vom Chip erzeugte Wärme schnell zum Kühlkörper leiten und so die Sperrschichttemperatur des Chips erheblich reduzieren. Es wird hauptsächlich verwendet für:
Keramisches Verpackungssubstrat: Als Träger und Wärmeableitungspfad von Chips werden Schaltungen durch Dünn- oder Dickschichtverfahren hergestellt.
Thermal Pad: wird zwischen Chip und Kühlkörper eingefügt und ersetzt das Wärmeleitfett, um einen stabileren und effizienteren Wärmekanal zu schaffen.
1.2 Schlüsselkomponenten von Halbleiteranlagen
Lösung des Problems: Halbleiterherstellungsprozesse wie Ätzen und CVD erfordern extrem hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit, Reinheit und Plasmaerosionsbeständigkeit der Komponenten im Inneren der Kavität, die in einer korrosiven Gas- und Plasmaumgebung ausgeführt werden müssen. Gleichzeitig erfordert der Prozess eine sehr genaue Temperaturkontrolle.
Anwendungsmanifestation: Nutzung der hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, hohen Reinheit und guten Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid für die Herstellung:
ESC (Electrostatic Chuck): Es nutzt die elektrostatische Saugkraft, um Siliziumwafer zu fixieren und steuert die Wafertemperatur (-60 ° C bis 150 ° C) durch interne Kühlkanäle präzise. Es ist die Kernkomponente der Lithographie, Ätzen und andere Ausrüstung.
Heizgerät: Eine Grundheizplatte, die für CVD- und andere Anlagen verwendet wird und eine gleichmäßige und stabile Hochtemperaturumgebung bietet.
Kammerauskleidung: Schützt die Metallkammer vor Plasma und korrosiven Gasen, reduziert die Metallkontamination und verlängert die Lebensdauer der Geräte.
1.3 Elektronische Mikrowellen-Vakuumgeräte
Lösung des Problems: Hochleistungs-Mikrowellengeräte wie Wanderfeldröhren und Klystrons erzeugen während des Betriebs eine große Wärmemenge, während die Signalübertragung bei hohen Frequenzen stabil bleibt. Das Verpackungsmaterial muss sowohl eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit als auch eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen geringen Verlust aufweisen.
Anwendungsbeispiele: Aluminiumnitridkeramiken erfüllen diese Anforderungen perfekt und werden als Energiefenster (RF Windows), Stützstäbe und Gehäuse verwendet, um einen stabilen Betrieb und eine lange Lebensdauer von Geräten mit hoher Leistung zu gewährleisten.

2、 Optoelektronik und LED-Felder: der Grundstein für eine Beleuchtung mit hoher Leistungsdichte
Lösung des Problems: Die Lichtausbeute und Lebensdauer von Hochleistungs-LED-Chips hängen stark von der Betriebstemperatur ab. Bei jedem Temperaturanstieg um 10 °C kann sich die Lebensdauer halbieren. Herkömmliche Metallsubstrate und Kunststoffgehäuse können die Wärme nicht wirksam ableiten, was die Verbesserung der Helligkeit von LEDs und die Entwicklung der Mini/Mikro-LED-Technologie einschränkt.
Anwendungsbeispiel: Aluminiumnitrid-Keramiksubstrat ist aufgrund seiner Isolierung und hohen Wärmeleitfähigkeit zum bevorzugten Substratmaterial für integrierte High-End-COB-Gehäuse (Chip on Board) und Hochleistungs-LED-Geräte geworden. Es kann:
Sie leiten die Wärme schnell ab, so dass die LEDs mit höheren Strömen betrieben werden können und eine größere Helligkeit erreichen.
Hervorragender Isolationsschutz zur Gewährleistung der Stromkreissicherheit.
Die Anpassung des linearen Ausdehnungskoeffizienten an den Chip verringert die thermische Belastung und verbessert die Zuverlässigkeit der Verpackung.

3、 Im Bereich der Leistungselektronik und der neuen Energiefahrzeuge: der "Heizkörper" für die Energieumwandlung
Lösung des Problems: IGBT- und SiC-Hochleistungsmodule (Siliziumkarbid) werden häufig in elektrischen Antriebssystemen, On-Board-Ladegeräten (OBC) und Gleichstromwandlern (DC-DC) von Fahrzeugen mit neuer Energieversorgung eingesetzt. Diese Module haben eine hohe Schaltfrequenz, hohe Verluste und eine extrem starke Wärmeentwicklung. Eine unzureichende Wärmeableitung wirkt sich direkt auf die Gesamtleistung und die Reichweite des Fahrzeugs aus.
Anwendungsbeispiel: Aluminiumnitrid-Keramik wird als keramische Isolierschicht von DCB-Substraten (Direct Copper Bonded) verwendet, die direkt mit Kupfer beschichtet sind und zum Kernstück von Leistungsmodulen werden. Es hat eine Rolle gespielt in:
Elektrische Isolierung: isoliert Hochspannungschips von Metallsubstraten.
Effiziente Wärmeleitfähigkeit: Schnelle Übertragung der Wärme vom Chip zum Kühlsystem (wasser- oder luftgekühlt).
Stromübertragung: Die Kupferschicht auf der Oberfläche kann Präzisionsschaltungen ätzen und hohe Ströme übertragen.
Module, die DBC-Substrate aus Aluminiumnitrid verwenden, weisen eine höhere Leistungsdichte, eine geringere Größe und eine höhere Zuverlässigkeit auf, was sie zu idealen Materialien für künftige 800-V-Hochspannungsplattformen und die SiC-Technologie macht.

4、 Luft- und Raumfahrt und Verteidigungsbereich: Zuverlässige Lösungen für extreme Umgebungen
Problemlösung: Elektronische Systeme in Raumfahrzeugen, Raketen, Radargeräten und anderen Ausrüstungen müssen unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit, starken Vibrationen und starker Strahlung stabil funktionieren, was extrem hohe Anforderungen an die umfassende Leistungsfähigkeit von Materialien stellt.
Manifestation der Anwendung:
Radar-T/R-Modul: wird für die Verpackung des Sende-/Empfangsmoduls eines Phased-Array-Radars verwendet und bietet Wärmeableitung und Schutz.
Raketenleitsystem: Als Trägermaterial und Hülle für elektronische Geräte kann es der aerodynamischen Hitze und den Vibrationen standhalten, die bei Hochgeschwindigkeitsflügen entstehen.
Sensoren für die Luft- und Raumfahrt: Nutzung ihrer hohen Temperaturstabilität zur Herstellung von Hochtemperatur-Druck- und Temperatursensorgehäusen.

5、 Andere Industriezweige
Metallurgische Industrie: Verwendung als Schmelztiegel und Schutzrohre zum Schmelzen von Metallen wie Aluminium, Kupfer, Silber usw. Aufgrund ihrer nicht benetzenden und korrosionsbeständigen Eigenschaften können hochreine Metalle gewonnen werden.
Wärmebehandlungsindustrie: Als Sinter- und Wärmebehandlungsmaterial für Lagerplatten, Druckplatten, Führungsschienen usw. ist es beständig gegen hohe Temperaturen und Temperaturschocks und hat eine viel längere Lebensdauer als andere Materialien.
Korrosive Umgebung: Für die Herstellung von Dichtungen und Komponenten von Chemiepumpen und -ventilen, die gegen Korrosion durch Medien wie Säuren und Laugen beständig sind.

Aluminiumnitridkeramik hat als strategischer Hochleistungswerkstoff die Entwicklung von Spitzentechnologien wie Halbleitern, 5G-Kommunikation, Fahrzeugen mit neuer Energie und künstlicher Intelligenz durch seine Anwendungen direkt gefördert. Mit den immer strengeren Anforderungen an die Wärmeableitung und Zuverlässigkeit in diesen Branchen wird sich die Anwendungsbreite und -tiefe von Aluminiumnitridkeramik weiter ausweiten und zu einem unverzichtbaren Eckpfeiler für die High-End-Fertigung werden.

Brudeze Keramiken liefert und verkauft eine breite Palette von hochwertigem Quarzglas, einschließlich Aluminiumoxidkeramik, Zirkoniumdioxidkeramik, Siliziumnitridkeramik, Aluminiumnitridkeramik, Siliziumkarbidkeramik, Borkarbidkeramik, Biokeramik, maschinell bearbeitbare Keramik usw. Wir sind in der Lage, die Anforderungen an die Anpassung verschiedener Keramikprodukte zu erfüllen.