Каковы области применения керамики из нитрида алюминия

---

Керамика из нитрида алюминия (AlN) это новый передовой керамический материал с чрезвычайно высокими комплексными характеристиками. Это не традиционная керамика повседневного использования, а высокотехнологичный материал, приготовленный с помощью специальных процессов, известный как одна из "коронок" в области керамических материалов. Его основные преимущества заключаются в чрезвычайно высокой теплопроводности, хорошем коэффициенте теплового расширения, сопоставимом с кремнием, отличной электроизоляции, надежной высокотемпературной стабильности и химической инертности. Эти характеристики делают его идеальным материалом для решения таких ключевых задач, как терморегулирование, упаковка и коррозионная стойкость в современных высокотехнологичных отраслях.

1、 Электронная промышленность и полупроводниковая отрасль: Окончательное решение для терморегулирования
Это самая большая и важная область применения керамики на основе нитрида алюминия. С ростом мощности и интеграции микросхем отвод тепла стал узким местом, которое ограничивает производительность, надежность и срок службы электронных устройств. Керамика на основе нитрида алюминия является ключевым материалом для решения этой основной проблемы.
1.1 Упаковка и теплоотводящая подложка для крупномасштабных интегральных схем (ИС)
Решение: Традиционные подложки из оксида алюминия (Al ₂ O ∝) обладают низкой теплопроводностью (около 20-30 Вт/мК), что не позволяет удовлетворить требования к теплоотводу мощных микросхем, таких как CPU, GPU, FPGA и IGBT, что приводит к высокой температуре спаев, снижению производительности и даже перегоранию.
Область применения: Теплопроводность керамики из нитрида алюминия достигает 170-230 Вт/мК, что в 7-10 раз больше, чем у оксида алюминия. Она может быстро отводить тепло, выделяемое чипом, к радиатору, значительно снижая температуру рабочего спая чипа. В основном используется для:
Керамическая упаковочная подложка: В качестве носителя и теплоотвода микросхем, схемы изготавливаются с помощью тонкопленочных или толстопленочных процессов.
Термопрокладка: заполняется между чипом и радиатором, заменяя термосмазку и обеспечивая более стабильный и эффективный тепловой канал.
1.2 Основные компоненты полупроводникового оборудования
Решение проблемы: Процессы производства полупроводников, такие как травление и CVD, предъявляют чрезвычайно высокие требования к коррозионной стойкости, чистоте и устойчивости к плазменной эрозии компонентов внутри полости, которые должны выполняться в агрессивной газовой и плазменной среде. В то же время процесс требует строгой точности температурного контроля.
Проявление применения: Использование высокой термостойкости, коррозионной стойкости, высокой чистоты и хорошей теплопроводности нитрида алюминия для производства:
ESC (электростатический патрон): Он использует электростатическую силу всасывания для фиксации кремниевых пластин и точно контролирует температуру пластин (от -60 °С до 150 °С) с помощью внутренних каналов охлаждения. Это основной компонент литографии, травления и другого оборудования.
Нагреватель: Нагревательная плита, используемая для CVD и другого оборудования, обеспечивающая равномерную и стабильную высокотемпературную среду.
Футеровка камеры: защищает металлическую камеру от плазмы и агрессивных газов, уменьшает загрязнение металла и продлевает срок службы оборудования.
1.3 Вакуумные электронные приборы СВЧ
Решение проблемы: Мощные микроволновые устройства, такие как трубки бегущей волны и клистроны, выделяют большое количество тепла во время работы, сохраняя при этом стабильную передачу сигнала на высоких частотах. Упаковочный материал должен обладать как чрезвычайно высокой теплопроводностью, так и низкой диэлектрической проницаемостью и потерями.
Область применения: Керамика на основе нитрида алюминия идеально соответствует этим требованиям и используется в качестве энергетических окон (RF Windows), опорных стержней и упаковок для обеспечения стабильной работы и длительного срока службы устройств при высокой мощности.

2、 Оптоэлектроника и светодиодные поля: краеугольный камень освещения с высокой плотностью мощности
Решение проблемы: Световая отдача и срок службы мощных светодиодных чипов сильно зависят от рабочей температуры. При повышении температуры на каждые 10 °С срок службы может сократиться вдвое. Традиционные металлические подложки и пластиковая упаковка не могут эффективно отводить тепло, что ограничивает повышение яркости светодиодов и развитие технологии мини/микросветодиодов.
Область применения: Керамическая подложка из нитрида алюминия стала предпочтительным материалом подложки для высококлассных интегральных упаковок COB (Chip on Board) и мощных светодиодных устройств благодаря своим изоляционным характеристикам и высокой теплопроводности. Она может:
Быстро отводят тепло, позволяя светодиодам работать на более высоких токах и достигать большей яркости.
Обеспечивают превосходную защиту изоляции для обеспечения безопасности цепи.
Соответствие коэффициента линейного расширения чипа снижает тепловое напряжение и повышает надежность упаковки.

3、 В области силовой электроники и новых энергетических транспортных средств: "радиатор" для преобразования энергии
Решение проблемы: Мощные модули IGBT и SiC (карбид кремния) широко используются в системах электропривода, бортовых зарядных устройствах (БЗУ) и преобразователях постоянного тока (DC-DC) новых энергетических транспортных средств. Эти модули имеют высокую частоту переключения, большие потери и чрезвычайно сильное тепловыделение. Плохой отвод тепла напрямую влияет на общую производительность и запас хода автомобиля.
Проявление применения: Керамический нитрид алюминия используется в качестве керамического изоляционного слоя подложки DCB (Direct Copper Bonded), непосредственно покрытой медью, становясь основным компонентом силовых модулей. Она сыграла свою роль в:
Электрическая изоляция: изолирует микросхемы с высоким потенциалом от металлических подложек.
Эффективная теплопроводность: Быстрая передача тепла от чипа к системе охлаждения (с водяным или воздушным охлаждением).
Проведение тока: медный слой на поверхности может травить точные схемы и проводить большие токи.
Модули на подложках из нитрида алюминия DBC имеют более высокую плотность мощности, меньшие размеры и более высокую надежность, что делает их идеальными материалами для будущих высоковольтных платформ 800 В и технологии SiC.

4、 Аэрокосмическая и оборонная отрасли: Надежные решения для экстремальных условий
Решение проблемы: Электронные системы космических кораблей, ракет, радаров и другого оборудования должны стабильно работать в экстремальных условиях, таких как высокая температура, повышенная влажность, сильная вибрация и сильное излучение, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к комплексным характеристикам материалов.
Проявление приложения:
Модуль T/R радара: используется для упаковки модуля передачи/приема сигнала радара с фазированной решеткой, обеспечивает отвод тепла и защиту.
Система наведения ракеты: В качестве подложки и оболочки для электронных устройств он может выдерживать аэродинамическое тепло и вибрацию, возникающие при высокоскоростном полете.
Аэрокосмические датчики: Использование их высокой температурной стабильности для производства корпусов высокотемпературных датчиков давления и температуры.

5、 Другие промышленные сектора
Металлургическая промышленность: Используются в качестве тиглей и защитных трубок для плавки таких металлов, как алюминий, медь, серебро и т.д. Благодаря их несмачиваемости и антикоррозийным свойствам можно получать металлы высокой чистоты.
Термообработка: В качестве материала для спекания и термообработки подшипниковых пластин, толкающих пластин, направляющих и т.д., он устойчив к высоким температурам, тепловому удару и имеет гораздо больший срок службы, чем другие материалы.
Коррозионная среда: Используется для изготовления уплотнений и компонентов химических насосов и клапанов, устойчивых к коррозии под воздействием таких сред, как кислоты и щелочи.

Нитрид-алюминиевая керамика, являясь ключевым стратегическим передовым материалом, непосредственно способствовала развитию таких передовых технологических областей, как полупроводники, связь 5G, транспортные средства на новых источниках энергии и искусственный интеллект, благодаря своему применению. С учетом все более жестких требований к теплоотводу и надежности в этих отраслях широта и глубина применения нитрид-алюминиевой керамики будут продолжать расширяться, становясь незаменимым краеугольным материалом для высокотехнологичного производства.

Керамика Brudeze поставляет и продает широкий ассортимент высококачественного кварцевого стекла, включая глиноземистую керамику, циркониевую керамику, керамику из нитрида кремния, керамику из нитрида алюминия, керамику из карбида кремния, керамику из карбида бора, биокерамику, обрабатываемую керамику и т.д. Мы можем удовлетворить требования заказчика к различным керамическим изделиям.