Nichtoxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 155

6.5 Aluminiumnitrid-Keramik
I Deinition Das feinkeramische Material besteht aus hexagonalen
AlN-Kristallen. Die Bindung zwischen den Aluminium- und Stick-
stoffatomen ist nahezu ausschließlich homöopolar, was zu geringer
Diffusionsfähigkeit auch noch bei Temperaturen um 2000 °C führt. Da-
mit ordnet sich Aluminiumnitrid-Keramik in die Reihe der anderen
Nichtoxid-Keramiken ein, die erst durch Zugabe von Sinterhilfsmitteln,
durch sehr hohe Drücke oder aufgrund extrem feiner Pulverteilchen
dichtgesintert werden können.
Aluminiumnitrid-Keramik befindet sich erst seit etwa 25 Jahren auf
dem Markt. Sie zeichnet sich, in Abhängigkeit von Dotanden, durch ei-
ne außerordentlich hohe Wärmeleitfähigkeit (Tab. 5.2 ) bei gleichzeitig
hohem, spezifischem elektrischem Widerstand aus. Da der thermische
Ausdehnungskoeffizient nur etwas größer als der von Silizium ist, lässt
sich der Werkstoff sehr spannungsarmmit entsprechenden Bauelementen
fügen. Solch eine Eigenschaftskombination weist kein anderer Werkstoff
auf. Das bedeutet, dass Aluminiumnitrid-Keramik der ideale Substrat-
werkstoff für leistungselektronische Schaltkreise ist.
Er sollte also Korund-Keramiksubstrate vom Markt verdrängen. Das
wird einerseits durch das Beharrungsvermögen der Kunden behindert,
die immer wieder auf Werkstoffe zurückgreifen, mit denen sie Erfahrung
haben. Andererseits liegen die Fertigungskosten für den „jungen“ Werk-
stoff noch relativ hoch.
Die Erzeugnisse werden auf der Basis eines Pulvers herstellt. Das Pul-
ver kann durch Nitridierung von Aluminium oder auch durch carbother-
mische Reaktionen hergestellt werden. In letzterem Fall ist das Pulver
stets mehr oder weniger mit Kohlenstoff verunreinigt. Die Substrate wer-
den vor allem durch die Foliengießtechnik (Abschn. 3.3.1 ) hergestellt.
Natürlich kann man auch uniaxial oder isostatisch pressen oder das Heiß-
pressen anwenden. Schwierig gestaltet sich das Dichtsintern.
Oberhalb 500 °C bildet sich, wie auch bei den bisher behandelten
Nichtoxid-Keramiken, auf der Oberfläche der wenige µm feinen Pulver-
teilchen eine dünne Oxidschicht. Wenn man einerseits bereits die Form-
gebung in Stickstoffatmosphäre durchführt, kann man das verhindern.
Andererseits ist es aber auch möglich, die Al 2 O 3 -Bildung analog der