窒化アルミニウムの熱伝導率とその他の用途

窒化アルミニウム (AlN）は、優れた総合性能を持つ新しいタイプのセラミック材料であり、その驚異的な熱伝導性で有名である。

窒化アルミニウムの熱伝導率の計算値
窒化アルミニウムの熱伝導率は、その最も優れた特性のひとつです。理論上、窒化アルミニウムの熱伝導率は320W/(m - K)と高く、熱伝導率が7-10W/(m - K)しかない酸化アルミニウムのような従来のセラミック材料をはるかに上回っています。窒化アルミニウム・セラミックスの熱伝導率は、その調製プロセスの制約から、通常100〜260W/(m - K)の範囲にとどまるが、それでも従来のセラミック材料の数倍から数十倍の熱伝導率を有している。例えば、日本の株式会社東芝は170W/(m - K)および200W/(m - K)までの熱伝導率を持つAlNセラミック基板の量産に成功しており、日本の株式会社丸和は170-200W/(m - K)の熱伝導率を持つAlNセラミック基板の量産が可能であり、その超高熱伝導AlNセラミック基板は230W/(m - K)以上の熱伝導率にまで達している。

窒化アルミニウムのその他の用途
放熱基板と電子デバイスパッケージ
窒化アルミニウムセラミックスは、優れた熱伝導性、シリコンに匹敵する熱膨張係数、良好な機械的強度と化学的安定性を有し、新世代の放熱基板や電子デバイスのパッケージに理想的な材料です。ハイブリッドパワースイッチやマイクロ波真空管のパッケージ材料に非常に適しており、大規模集積回路基板にも最適です。
ウェハプロセス用静電吸着カップ
半導体製造工程では、ウェーハを複数のプロセス装置間で搬送する必要があり、静電吸着カップがウェーハを静電吸着して固定することで、ウェーハの加工精度と清浄度を確保しています。窒化アルミニウムセラミックスは、その優れた熱伝導性により、炭化ケイ素ウェハープロセスにおける静電吸着カップの理想的な材料となっています。
ハイパワーLEDヒートシンク
新世代の照明技術として、LEDの放熱は常に懸念事項でした。窒化アルミニウムセラミックスは、その高い熱伝導性により、高出力LEDヒートシンクの材料として好まれるようになり、LEDの寿命と性能を効果的に向上させています。
耐熱材料
窒化アルミニウムセラミックスは、高温での安定性を保つことができ、耐酸化性、耐薬品性に優れています。そのため、非鉄金属や半導体材料を溶解するためのるつぼ、蒸発ボート、熱電対保護管などの高温耐熱部品として使用することができます。
薄膜材料
窒化アルミニウム薄膜は、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、高い電気抵抗率、優れた化学的・熱的安定性を有しており、電子デバイスや集積回路のパッケージにおける絶縁媒体や絶縁材料として一般的に使用されています。さらに、高品質の窒化アルミニウム薄膜は、高い超音波透過速度や低い音響波損失などの特性も有しており、機械、マイクロエレクトロニクス、光学などの分野で広く使用されています。
複合材料
窒化アルミニウム粉末は、熱伝導性フィラーとしてポリマー材料に添加して、高熱伝導性有機ポリマー複合材料を調製することができる。さらに、窒化アルミニウムを他のセラミック材料と組み合わせて、高強度、高硬度、高耐摩耗性を有する複合セラミック材料を調製することもできる。
その他の用途
窒化アルミニウムはまた、医薬品、化粧品、日用品、化学触媒の特殊添加物の製造にも使用できる。高エネルギーでの半延性により、窒化アルミニウムは防弾材料としても使用できます。

窒化アルミニウムその優れた熱伝導性とその他の物理的・化学的特性により、エレクトロニクス、電力、航空宇宙、国防、軍需産業など様々な分野で幅広い応用が期待されている。