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Warum AlN eine bevorzugte Wahl für Substrat- und Wärmemanagementanwendungen ist

Aluminiumnitrid (AlN) ist ein einzigartiges Keramikmaterial, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit mit einem hohen elektrischen Widerstand kombiniert. Nur wenige Keramiken besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit: Berylliumoxid (BeO) und kubisches Bornitrid (c-BN) sind praktisch die einzigen anderen Beispiele. Die Verwendung von BeO ist jedoch aufgrund seiner Toxizität eingeschränkt, und c-BN ist sehr schwierig herzustellen.

„Wärmeleitfähigkeit“ ist die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu transportieren, wenn es einem Temperaturgradienten ausgesetzt ist. Bei Dielektrika wie AlN wird die Wärme durch Gitterschwingungen (auch „Phononen“ genannt) übertragen. Materialien mit einfacher Struktur, kovalenter Bindung und geringer Atommasse besitzen im Allgemeinen eine hohe Wärmeleitfähigkeit.

Die tatsächliche Wärmeleitfähigkeit eines Materials wird durch Faktoren beeinflusst, die die Phononenausbreitung behindern. Temperatur, Verunreinigungen, Porengröße und -verteilung, Korngröße, Homogenität der Zusammensetzung und Orientierung wirken sich auf die Gitterschwingungen und damit auf die Wärmeleitfähigkeit aus.

Die theoretische Wärmeleitfähigkeit von AlN beträgt etwa 280 Wm-1K-1. Die tatsächliche Wärmeleitfähigkeit hängt von den Verarbeitungsbedingungen und der Reinheit des Rohmaterials ab. Das Vorhandensein von Sauerstoffverunreinigungen im Gitter ist ein großer Nachteil; wenn Sauerstoff den Stickstoff im Gitter verdrängt, entstehen Leerstellen, die die Phononenausbreitung unterbrechen und die Phononen streuen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit verringert wird.

Surmet ist der einzige in den USA ansässige Hersteller von AlN und verfügt über Fachwissen über die Pulververarbeitungsverfahren, die erforderlich sind, um hochreines AlN mit hervorragenden thermischen Eigenschaften zu erhalten.