Алюминий нитрид А160 в Минске

Нитрид алюминия А160 — технические характеристики и применение

Нитрид алюминия марки А160 — керамический материал с гексагональной кристаллической решёткой типа вюрцита, получаемый методом спекания порошка AlN с добавлением спекающих оксидов. Материал А160 относится к классу высокоплотных нитридных керамик с содержанием основной фазы не менее 99,5 % и характеризуется сочетанием высокой теплопроводности с электроизоляционными свойствами.

Ключевые физико-механические параметры

Керамика А160 демонстрирует теплопроводность в диапазоне 160–180 Вт/(мК) при комнатной температуре, что в 5–6 раз превышает показатель оксида алюминия (AlO) и приближается к значениям карбида кремния. Электрическая прочность материала составляет 15–17 кВ/мм, удельное объёмное сопротивление — 10–10 Омсм при 25 C. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — 4,5–5,0 10 К, что близко к ТКЛР кремния (2,6 10 К) и позволяет использовать А160 в гетерогенных структурах силовой электроники без критических термомеханических напряжений.

Механическая прочность на изгиб достигает 300–350 МПа, твёрдость по Виккерсу — 1100–1200 HV, модуль упругости — 310–330 ГПа. Рабочая температура эксплуатации в окислительной атмосфере ограничена 800 C, в инертной или восстановительной среде — до 1800 C.

Области применения в промышленности

Благодаря сочетанию высокой теплопроводности и диэлектрических свойств, нитрид алюминия А160 востребован в следующих инженерных решениях:

• подложки и корпуса силовых модулей IGBT и MOSFET для преобразовательной техники, тяговых приводов и источников бесперебойного питания;
• теплоотводящие изоляторы в высоковольтных преобразователях, блоках управления электродвигателями и зарядной инфраструктуре электротранспорта;
• микроволновые окна и диэлектрические вставки в СВЧ-устройствах, радиолокационных станциях и ускорительной технике;
• нагревательные элементы и изоляторы в высокотемпературных печах сопротивления с рабочей средой из азота или аргона;
• подложки для тонкоплёночных и толстоплёночных гибридных интегральных схем, работающих в условиях циклических тепловых нагрузок;
• электроизоляционные детали в вакуумном оборудовании и установках ионно-плазменного напыления.

Технологические особенности обработки

Керамика А160 поддаётся механической обработке алмазным инструментом: шлифованию, хонингованию, ультразвуковой перфорации и лазерной резке. Допустимый класс шероховатости обработанной поверхности — Ra 0,2–0,4 мкм. Металлизация поверхности выполняется методом тонкоплёночного напыления (Ti/Ni/Au, Ti/Cu/Ni) или толстоплёночной пастой на основе молибдена и марганца с последующим никелированием. При пайке к медным основаниям необходимо учитывать разницу ТКЛР и применять компенсационные слои из молибдена или композитных материалов типа Cu-Mo-Cu.

В отличие от оксидной керамики, нитрид алюминия чувствителен к влаге: при длительном хранении во влажной среде на поверхности образуется гидроксид алюминия, снижающий теплопроводность и адгезионные свойства. Поэтому детали из А160 рекомендуется хранить в герметичной упаковке с осушителем или подвергать вакуумной сушке перед металлизацией.

Сравнение с альтернативными керамическими материалами

По совокупности теплофизических и электроизоляционных характеристик А160 занимает промежуточное положение между оксидом алюминия и нитридом кремния. Теплопроводность А160 в 6–8 раз выше, чем у AlO (20–30 Вт/(мК)), но ниже, чем у SiN (60–90 Вт/(мК) для теплопроводящих марок). При этом А160 превосходит нитрид кремния по электрической прочности и диэлектрической проницаемости (8,8–9,0 против 7,5–8,0), что критично для высокочастотных применений.

Вопросы и ответы