In Kombination mit den umfassenden Leistungsvorteilen der traditionellen Substratmaterialien Al₂O₃ und BeO ist Aluminiumnitrid (AlN)-Keramik aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit (theoretische Wärmeleitfähigkeit von Einkristallen: 275 W/m·K; von Polykristallen: 70–210 W/m·K), seiner niedrigen Dielektrizitätskonstante, seines mit einkristallinem Silizium übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner guten elektrischen Isolationseigenschaften ein ideales Material für Schaltungssubstrate und Gehäuse in der Mikroelektronikindustrie. Es ist außerdem aufgrund seiner guten mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie seiner chemischen Stabilität bei hohen Temperaturen ein wichtiges Material für hochtemperaturbeständige Strukturkeramikbauteile.
Die theoretische Dichte von AlN beträgt 3,26 g/cm³, die Mohs-Härte 7–8, der spezifische Widerstand bei Raumtemperatur über 10¹⁶ Ωm und die Wärmeausdehnung 3,5 × 10⁻⁶/°C (bei einer Raumtemperatur von 200 °C). Reines AlN ist farblos und transparent, weist aber aufgrund von Verunreinigungen verschiedene Farben wie Grau, Grauweiß oder Hellgelb auf.
Neben der hohen Wärmeleitfähigkeit weisen AlN-Keramiken auch folgende Vorteile auf:
1. Gute elektrische Isolierung;
2. Ähnlicher Wärmeausdehnungskoeffizient wie Silizium-Einkristall, überlegen gegenüber Materialien wie Al2O3 und BeO;
3. Hohe mechanische Festigkeit und ähnliche Biegefestigkeit wie Al2O3-Keramiken;
4. Mäßige Dielektrizitätskonstante und mäßiger dielektrischer Verlust;
5. Im Vergleich zu BeO ist die Wärmeleitfähigkeit von AlN-Keramiken weniger temperaturabhängig, insbesondere oberhalb von 200℃.
6. Hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit;
7. Ungiftig;
8. Anwendung finden in der Halbleiterindustrie, der chemischen und metallurgischen Industrie sowie in anderen Industriezweigen.
Veröffentlichungsdatum: 14. Juli 2023