Алюминий нитрид А100 в Минске

Нитрид алюминия А100 — керамический порошок с высоким коэффициентом теплопроводности

Нитрид алюминия А100 — техническая марка порошка AlN, характеризующаяся содержанием основного вещества не менее 99,0 % и кислорода в пределах 0,8–1,2 %. Материал относится к классу бескислородной керамики с гексагональной кристаллической решёткой типа вюрцита. Ключевая особенность марки А100 — сочетание высокой теплопроводности (170–230 Вт/(мК) для спечённых изделий) с электрической прочностью до 15 кВ/мм, что делает её базовым сырьём для производства теплоотводящих подложек силовой электроники.

Технические характеристики порошка А100

Порошок нитрида алюминия А100 поставляется со средним размером частиц 1,0–3,0 мкм и удельной поверхностью по БЭТ 2,5–5,0 м/г. Морфология частиц — равноосная, близкая к сферической, что обеспечивает стабильную усадку при спекании. Насыпная плотность составляет 0,6–1,0 г/см, пикнометрическая плотность — не менее 3,26 г/см. Содержание примесей металлов (Fe, Si, Ca, Mg) суммарно не превышает 300 ppm, что критично для применений в вакуумной и высокотемпературной технике.

Технология переработки и спекания

Порошок А100 предназначен для керамических технологий: одноосного прессования, шликерного литья, изостатического прессования и литья под давлением. Для достижения плотности выше 98 % от теоретической требуется введение спекающих добавок — оксида иттрия (YO) в количестве 3–5 мас. % или комбинации CaO–YO. Спекание проводят в атмосфере азота при температуре 1750–1850 C с выдержкой 2–4 ч. Без добавок плотная керамика из А100 не формируется из-за высокой ковалентности связи Al–N.

Горячее прессование А100 при 1700–1800 C и давлении 30–50 МПа позволяет получать изделия с теплопроводностью до 200 Вт/(мК) без дополнительных спекающих агентов. Для искрового плазменного спекания (SPS) характерны сокращённые циклы — до 10–15 мин при скорости нагрева 100 C/мин. Во всех случаях требуется контроль содержания кислорода: его повышение свыше 1,5 % приводит к образованию фазы AlON и снижению теплопроводности на 20–30 %.

Применение в силовой электронике и оптоэлектронике

Основная область использования нитрида алюминия А100 — производство керамических подложек для мощных полупроводниковых модулей: IGBT-транзисторов, SiC- и GaN-приборов, лазерных диодов. Подложки из AlN обеспечивают коэффициент теплового расширения 4,510 К, близкий к КТР кремния и карбида кремния, что минимизирует термомеханические напряжения в кристалле при циклических нагрузках от –60 до +250 C.

• Металлизированные подложки DBC (Direct Bonded Copper) для инверторов тягового привода и ветрогенераторов
• Теплоотводящие основания мощных светодиодных матриц и лазерных сборок
• Изоляторы и втулки вакуумных электронных приборов, работающих при напряжениях до 10 кВ
• Корпуса СВЧ-транзисторов и усилителей мощности базовых станций
• Подложки для тонкоплёночных резисторов и датчиков Холла, эксплуатируемых при повышенных температурах
• Электроизоляционные шайбы в высоковольтных преобразователях железнодорожного транспорта

Сравнение с альтернативными керамическими материалами

По сравнению с оксидом алюминия (AlO, теплопроводность 20–30 Вт/(мК)) нитрид алюминия А100 обеспечивает выигрыш по теплопроводности в 6–8 раз при сопоставимой электрической прочности. В отличие от оксида бериллия (BeO), А100 не токсичен и не требует специальных разрешений на производство и утилизацию. Карбид кремния (SiC) имеет близкую теплопроводность, однако уступает AlN по электрической прочности и диэлектрической проницаемости (8,8 против 9,0 у AlN при 1 МГц), что важно для высокочастотных применений.

Условия хранения и меры предосторожности

Порошок А100 гигроскопичен: при контакте с влагой воздуха протекает гидролиз с выделением аммиака и образованием гидроксида алюминия. Хранение необходимо в герметичной таре с осушителем при относительной влажности не более 40 %. Перед использованием рекомендуется сушка при 120–150 C в течение 2 ч. При работе с порошком требуется местная вытяжная вентиляция и респиратор класса FFP3 — предельно допустимая концентрация аэрозоля AlN в воздухе рабочей зоны составляет 2 мг/м.

Вопросы и ответы