窒化アルミニウム：他の基板よりも高価なのに、入手が難しいのはなぜですか？

情報技術革命の到来に伴い、集積回路産業は急速に発展しました。電子システムの集積密度の向上は、電力密度の上昇と、電子部品およびシステム全体からの発熱量の増加につながります。そのため、効果的な電子パッケージングは​​、電子システムの放熱問題に対処する必要があります。

このような状況において、優れた放熱性能を持つセラミック基板の市場需要は急増しています。特に、 窒化アルミニウム（AlN）セラミック基板他の基質に比べて価格がかなり高いにもかかわらず、供給不足が続いており、「入手困難」とさえ言われています。なぜでしょうか？

理由は簡単です。著者は、主に以下の3点だと考えています。①価格に見合う優れたパフォーマンス②挑戦的な生産プロセス③急速な市場成長。

今日は、これら3つの側面をより深く理解するために掘り下げていきます。 AlNセラミック基板.

01 優れた熱伝導性

初め、 セラミック包装基板 主に材料の高い熱伝導率を利用してチップ（熱源）から熱を逃がし、外部環境との熱交換を促進します。パワー半導体デバイスの場合、パッケージ基板は以下の要件を満たす必要があります。

放熱のニーズを満たす高い熱伝導率。

優れた耐熱性で高温用途（200℃以上）にも耐えます。°C)。

熱膨張係数 (CTE) をチップ材料と一致させることで、パッケージ内の熱応力を軽減します。

低誘電率により高周波性能を実現し、信号伝送遅延を減らし、速度を向上させます。

包装および適用時の機械的性能要件を満たす高い機械的強度。

強酸、アルカリ、熱湯、有機溶剤などにも耐える優れた耐腐食性。

電子機器の気密シール要件を満たす構造を定義します。

では、窒化アルミニウムの性能はどうなのでしょうか？ セラミック基板材料、 AlNセラミック部品 高い熱伝導率、高強度、高抵抗、低密度、低誘電率、無毒性、そしてSiと同等のCTEを誇ります。これらの特性により、最も有望な材料の一つとなっています。 高温セラミック材料.

02 複雑で面倒な製造プロセス

AlNセラミック基板の製造は非常に複雑で手間のかかる作業であり、主に高品質のAlN粉末の準備と基板の製造という2つの側面に反映されています。’これら 2 つの領域を個別に検討します。

1. 窒化アルミニウム粉末

ほぼすべての品質 工業用セラミック製品 は原材料の品質に大きく影響され、AlN セラミック基板も例外ではありません。

（1）粉末調製方法

高性能粉末材料であるこの材料について、世界中の研究者が既存プロセスの技術的課題を解決するための革新を続けるとともに、より効率的な新規製造方法を模索しています。現在、最も広く工業的に利用されている方法は、炭素熱還元法と直接窒化法であり、これらは成熟しており、簡便で、高品質の製品を生み出します。

（2）粉末の性能に影響を与える要因は複数ある

AlNセラミック製品の性能は、原料粉末の特性、特にその最も重要な特性に直接依存します。—熱伝導率。熱伝導率に影響を与える主な要因は次のとおりです。酸素およびその他の不純物含有量平均密度、m微細構造。これらの要因はAlN粉末に反映されている。’純度、粒子サイズ、形状。

（3）加水分解感受性と改変の必要性

AlN粉末は優れた特性を持つにもかかわらず、大きな欠点があります。それは、加水分解されやすいことです。湿度の高い環境では、水中の水酸基と容易に反応して水酸化アルミニウムを形成し、表面にアルミナ層を形成します。この層は格子に酸素を溶解させ、熱伝導率を低下させ、物理化学的特性を変化させるため、用途が複雑になります。

現在の解決策は、 a窒化アルミニウム粒子 水から分離し、加水分解を防ぐ物質で処理します。加水分解を抑制する方法には以下のものがあります。表面化学修飾表面の物理的コーティング。

2. 基板製造

（1） セラミック基板成形

AlN セラミック基板を製造する主な方法はテープキャスティングです。

（2）重要なステップ—焼結

焼結は、AlN 基板の準備において重要なステップです。加圧なしの焼結は、その単純さと低コストのため、AlN 基板では最も一般的ですが、通常、高性能を達成するには高温と焼結助剤が必要です。

炉内の焼結温度の均一性は、AlNセラミックスの品質に大きな影響を与えます。温度均一性に関する研究は、量産、コスト削減、そして商業化を支えています。

高密度セラミック焼結の場合、焼結助剤の添加が最も経済的かつ効果的な方法です。これらの材料は焼結中に 2 つの目的を果たします。

それらは表面のAlと反応する₂O₃ 液体アルミネートを形成し、粘性流による物質移動を促進します。これにより粒子の接触角が調整され、細孔が充填され、緻密化が促進されます。これらは酸素と反応し、格子中の酸素含有量を減少させます。

還元雰囲気では、AlNの還元を防ぐために焼結時間と温度を注意深く制御する必要があります。中性雰囲気（例：N₂）はこの問題を回避できるため、高性能 AlN セラミックの製造に適しています。

厦門について ジューシテクノロジー 株式会社

厦門ジュチテクノロジー株式会社は、高性能セラミック材料の研究、開発、生産、販売を専門とするハイテク企業です。 AlN基板メーカー厦門聚紫は、エレクトロニクス、半導体、航空宇宙などの業界向けに、高品質の窒化アルミニウムシリーズ製品とソリューションを提供することに尽力しています。卓越した品質とサービスにより、厦門聚紫は世界中のお客様から幅広い信頼を得ています。

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