一文带你了解氮化铝陶瓷板

氮化铝（Aluminum Nitride，AlN）是一种六方晶系钎锌矿型结构形态的共价键化合物。晶格常数 a = 0.3110 nm，c = 0.4978 nm。其中 Al 原子呈六方密堆，而 N 原子占据一半的四面体间隙位置；Al 原子与相邻的 N 原子形成畸变的 [AlN4] 四面体，沿 C 轴方向 Al-N 键长为 0.1917 nm,另外三个方向的 Al-N 键长为 0.1885 nm。纯净的 AlN 陶瓷无色透明，但由于混入杂质而呈现各种颜色，通常为灰色、灰白色或淡黄色。

氮化铝陶瓷的发展

2.氮化铝的制备方法

不同制备方法的生产的氮化铝粉体具有不同的特性，目前已实现工业化生产的制备技术主要有直接氮化法、碳热还原法，自蔓延法、原位合成法、化学气相沉积法正迈向工业化量产。

3.氮化铝的性能特点

AlN 具有以下优异性能： 

1) 热学性能

单晶氮化铝的热导率理论值可达 320 W/(m·k)，室温下其热导率是 Al2O3的数倍，与氧化铍的热导率(理论值为 350 W/(m∙k))相近，并且无毒无害。随着温度升高，氮化铝的导热性能会逐渐优 于氧化铍。在常温下氮化铝的热膨胀系数(4.5×10-6 ˚C)与硅的热膨胀系数(3.5~4×10-6 ˚C)接近。

2) 电学性能

常温下，氮化铝是优良的绝缘材料，其电阻率约为 10-16 Ω∙m 并且击穿电压可达到 15 kV/mm；氮化铝与氧化铝的介电常数相近，可达 8.9 F/m (1 MHz)，氮化铝的介电损耗约为(3~10)×10-4 (1 MHz)。

3) 力学性能

常温下，氮化铝陶瓷硬度约为 12 GPa，密度理论值约为 3.26 g/cm³ ，杨氏模量为 308 GPa， 莫氏硬度为 7~8。氮化铝在 2200 ℃ 左右分解，室温下抗弯强度可达到 300 MPa。氮化铝的强度受温度的影响不大，如温度为 1300 ℃ 时，氮化铝的高温强度比室温下的强度降低约 20%，而氧化铝和氮化硅在高 温下下，其强度总体要减少 50% 。

4) 化学性能

氮化铝材料耐高温抗腐蚀，可以稳定存在于砷化镓等化合物的熔盐中，并且铝、铜、 镍等金属也无法浸润氮化铝材料。氮化铝开始发生氧化的温度约为 700 ℃~800 ℃，常温下使用氮化铝材料不用考虑器件被氧化的问题。氮化铝容易与空气中的水蒸气发生反应，因此需要在干燥阴凉处保存。

4.氮化铝的应用领域

1) 封装散热基板

功率半导体器件、大规模集成电路、大功率器LED等封装基板、激光器热沉基板。

2) 半导体设备零部件

静电吸盘（ESC）、氮化铝加热盘（Heater）、陶瓷喷嘴、高温耐蚀部件等。

3) 导热填料

作为导热填料用于添加在树脂或塑料中，提高树脂或塑料的导热性能。

4) 半导体材料

AlN晶圆是高功率、高频电子器件及紫外探测器、紫外激光和深紫外LED等光电子器件的优异衬底材料。

5) 热交换器件

作为高温耐腐蚀、耐热冲击和热交换材料，用于船用燃气轮机的热交换器和内燃机的耐热部件。

6) 高温耐火材料

具有与铝、钙等金属不润湿等特性，可以用其作坩埚、炉衬、保护管、浇注模具等。

7) 光学部件

纯净的AlN陶瓷为无色透明晶体，具有优异的光学性能，可以用作制造电子光学器件装备的高温红外窗口及红外导流罩。

8) 压电薄膜

AlN薄膜具有优异的压电和声表面波特性，用于压电 MEMS传感器和致动器元件、声表面波器件(SAW)。