Le ceramiche in nitruro di alluminio (AlN) hanno guadagnato notevole attenzione nelle applicazioni elettroniche grazie alle loro ottime proprietà termiche ed elettriche. Questi materiali sono ampiamente utilizzati in dispositivi ad alta potenza, nei circuiti integrati ad alta velocità e nel packaging. La loro elevata conduttività termica, la bassa costante dielettrica e le eccellenti proprietà isolanti li rendono una scelta ideale per substrati elettronici avanzati.
La produzione di ceramiche AlN coinvolge vari processi, tra cui pressatura a caldo, pressatura isostatica e fusione a nastro. Tra questi, il metodo di fusione a nastro è diventato lo standard del settore grazie alla sua efficienza nella produzione di substrati AlN sottili e ad alte prestazioni. Tuttavia, le proprietà microstrutturali e i livelli di impurità dovute all’ossigeno influenzano significativamente la conduttività termica delle ceramiche AlN.
L’utilizzo di particolari additivi nel processo di sinterizzazione può migliorare notevolmente l’efficienza del processo di produzione. In particolare l’aggiunta controllata di additivi come Y₂O₃ facilita la formazione di una fase liquida durante la sinterizzazione, determinando una migliore densificazione della struttura ceramica: lo spessore dei bordi di grano si riduce, la densità dei grani aumenta. Si è riscontrato che i livelli di impurità dati dall’ossigeno diminuiscono nei campioni con concentrazioni di additivi ottimizzate, il che indica un’efficace rimozione delle impurità durante la sinterizzazione. Tuttavia, una quantità eccessiva di additivi può portare alla formazione di una fase secondaria, con un impatto negativo sulla conduttività termica.
Il microscopio elettronico a scansione (SEM) equipaggiato con sonda EDS per l’analisi elementare consente una comprensione completa delle proprietà del materiale e una valutazione della concentrazione e della distribuzione degli additivi. Sfruttando tecniche avanzate di imaging e analisi, i produttori possono perfezionare i processi di sinterizzazione e migliorare la qualità complessiva delle ceramiche AlN, favorendo uno sviluppo continuo dei materiali ceramici ad alte prestazioni per l’industria elettronica.
Fig.1 – Microstruttura della polvere di nitruro di alluminio (AlN)
Fig.2 – Morfologia della ceramica in nitruro di alluminio dopo la sinterizzazione
Fig.3 – Distribuzione elementare nel substrato AlN: nelle mappe chimiche è possibile verificare una distribuzione omogenea dell’additivo Y₂O₃ e una riduzione significativa del contenuto di ossigeno (rispetto allo stesso materiale di partenza senza l’aggiunta di additivo).
Fonte: Coxem, Opton Ltd.
