Siliziumnitrid-Substrat
Siliziumnitrid-Substrat
Reinheit: ≥99%
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Silicon nitride substrate data sheet
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Referenzcode: |
HM2560 |
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Reinheit: |
≥99% |
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Farbe: |
Black-gray |
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Chemische Formel: |
Si3N4 |
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Material grades: |
HMSN1000, HMSN2000, HMSN3000, HMSN4000 |
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Die Dichte: |
3,20 g/cm3 |
Description of the silicon nitride substrate
Silicon nitride substrate is a high-performance material designed for advanced applications in the electronics and semiconductor industries. Known for its exceptional thermal stability, high strength, and excellent electrical insulation properties, this substrate is ideal for use in devices requiring efficient heat dissipation and reliable electrical insulation. It is sintered at high temperatures to achieve a dense structure, ensuring durability in demanding environments. Silicon nitride substrates are commonly used in power electronics, high-temperature sensors, and as substrates for third-generation semiconductors, where heat management and electrical insulation are crucial.
Silicon nitride substrate specifications
| Produkt | Dicke | Length×Width |
| Si3N4 substrate | 0.254 mm | 190.0×138.0 mm (±1%) |
| 0.320 mm | ||
| 0.635 mm | ||
| 1,000 mm | 114.3×114.3 mm (±1%) |
Characteristics of the silicon nitride substrate
- High thermal conductivity: Offers excellent heat dissipation performance, with values up to 70 W/mK, significantly higher than traditional alumina substrates .
- Thermal expansion compatibility: The coefficient of thermal expansion (3.1×10-⁶/°C) is very similar to that of silicon chips, reducing thermal stress and improving reliability.
- Superior mechanical strength: Provides twice the flexural strength of alumina substrates, making it more resistant to cracking under mechanical load.
- Exceptional electrical insulation: Maintains high insulation resistance and low dielectric loss, ideal for high voltage and high frequency applications.
- Excellent thermal shock resistance: Can withstand rapid temperature cycles from 0 to 200 °C for thousands of cycles without degrading.
- Chemical and oxidation resistance: Resists acids, alkalis and oxidation, ensuring a lifespan of up to 10 years in harsh environments.
- Good metallization compatibility: Supports multilayer circuits and miniaturized packaging and is suitable for compact and integrated designs.
Applications of silicon nitride substrate
- Power electronics: Used as substrates for IGBT and MOSFET modules, they offer effective heat dissipation and electrical insulation in high-power applications.
- Automotive electronics: Ideal for electric vehicle inverters, LED control units and ECU systems thanks to its thermal stability and mechanical strength.
- Aerospace systems: Supports highly reliable electronic components that must withstand extreme thermal and mechanical stresses.
- Renewable energy equipment: Applied in wind turbines and solar inverters, where long-term thermal cycling and electrical insulation are critical.
- Industrial automation: Integrated into control and drive systems that require durable and heat-resistant circuit substrates.
Elektronische Geräte
OLED-Anzeigen
Bereich Luft- und Raumfahrt
New energy industry
Materialeigenschaften von Siliziumnitrid
Siliziumnitrid-Sorten
HMSN1000 wird durch ein Gasüberdrucksinterverfahren hergestellt, das weithin für die Herstellung von hochfesten Siliziumnitridteilen mit komplizierten Formen anerkannt ist. Das Verfahren beginnt mit einer Siliziumnitrid-Pulvermischung, die Sinteradditive - wie Yttriumoxid, Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid - enthält, um während des Sinterns eine flüssige Phase zu erzeugen, sowie Bindemittel zur Verbesserung der strukturellen Integrität der vorgesinterten Form. Nach der Formgebung des Pulvers in die gewünschte Geometrie und der erforderlichen Grünbearbeitung werden die Bauteile in einem Stickstoffofen verdichtet. Diese Umgebung gewährleistet eine ordnungsgemäße Verfestigung und minimiert gleichzeitig den Materialverlust aufgrund von Verdampfung oder Zersetzung von Silizium, Stickstoff und den Zusatzstoffen.
Häufige Verwendungszwecke
- Komponenten für Luft- und Raumfahrtsysteme
- Wälz- und Gleitelemente in Lagereinheiten
- Hochbelastbare Teile für Verbrennungsmotoren
- Werkzeuge und Zubehör für Guss und Metallverarbeitung
- Strukturelle Teile in mechanischen Baugruppen
- Biokompatible Elemente für medizinische Geräte
HMSN2000 wird durch ein Heißpressverfahren hergestellt, bei dem Siliciumnitridpulver unter hohem Druck und erhöhter Temperatur gleichzeitig verdichtet wird. Für dieses Verfahren sind spezielle Geräte erforderlich, darunter Präzisionswerkzeuge und einachsige Pressen. Das Ergebnis ist eine dichte Keramik mit hervorragender Festigkeit und Haltbarkeit. Das Verfahren eignet sich jedoch aufgrund der begrenzten Möglichkeiten der Anlagen am besten für die Herstellung von Grundgeometrien. Da die Bauteile nicht im vorgesinterten (grünen) Zustand bearbeitet werden können, muss die gesamte Nachbearbeitung durch Diamantschleifen erfolgen, was sowohl zeitaufwändig als auch kostspielig ist. Daher ist dieses Verfahren in der Regel der Kleinserienfertigung einfacher Teile vorbehalten, bei denen eine hohe Materialgüte erforderlich ist.
Häufige Verwendungszwecke
- Strukturelle Teile in Luft- und Raumfahrzeugsystemen
- Ausrüstungs- und Rohrleitungskomponenten in der chemischen Verarbeitungsindustrie
- Reibungsarme Elemente für Motoren
- Werkzeuge und Verschleißteile für den Metallguss
- Tragende Teile und Präzisionsteile in Industriemaschinen
- Spezialisierte Stücke für medizinische und zahnmedizinische Instrumente
HMSN3000 nutzt das Verfahren des Heiß-Isostatischen-Pressens (HIP), bei dem Siliziumnitridpulver unter hohem Druck und hoher Temperatur verdichtet wird. Das Material wird in eine Kammer gelegt, die mit Inertgas unter Druck gesetzt wird, wodurch das Bauteil von allen Seiten einem gleichmäßigen Druck von bis zu 2000 bar ausgesetzt wird, während es gleichzeitig erhitzt wird. Dieses Verfahren trägt dazu bei, während des Sintervorgangs verbleibende Porosität oder Defekte zu beseitigen, was zu einem Material mit einer Dichte nahe dem theoretischen Maximum führt. Obwohl das HIP-Verfahren die mechanischen Eigenschaften, die Haltbarkeit und die allgemeine Zuverlässigkeit des Materials erheblich verbessert, beschränken die hohen Kosten und die Komplexität des Verfahrens seinen Einsatz auf hochspezialisierte Anwendungen.
Häufige Verwendungszwecke
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und die Verteidigungsindustrie
- Präzisionslageranwendungen, insbesondere in Hochleistungsumgebungen
- Ausrüstungen und Komponenten in chemischen Verarbeitungsbetrieben und Industrieanlagen
- Motorenteile, die extremer Abnutzung und thermischer Belastung ausgesetzt sind
- Gießereiwerkzeuge und verschleißfeste Komponenten
- Hochleistungsteile für den Maschinen- und Anlagenbau
- Medizinische Komponenten, die eine hohe Festigkeit und Biokompatibilität erfordern
HMSN4000 wird in einem extrudierten Gasüberdrucksinterverfahren hergestellt, bei dem Siliziumnitridpulver mit Sinteradditiven wie Yttriumoxid, Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid vermischt wird, um das Sintern in der Flüssigphase zu erleichtern. Zusätzlich werden Bindemittel beigefügt, um die mechanischen Eigenschaften der grünen Keramikstruktur zu verbessern. Der Extrusionsprozess hilft, das Material in die gewünschte Form zu bringen, und die Teile werden dann in einer kontrollierten Umgebung unter Gasüberdruck gesintert. Dieses Verfahren gewährleistet eine gleichmäßige Dichte und eine hervorragende mechanische Leistung und ist daher ideal für Hochleistungsanwendungen.
Häufige Verwendungszwecke
- Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie
- Lager, die in Hochleistungsmaschinen verwendet werden
- Ausrüstung für Chemieanlagen und industrielle Verarbeitung
- Verschleissfeste Teile für Motoren
- In Gießereien verwendete Komponenten
- Teile für Maschinenbausysteme
- Medizinische Komponenten für hochpräzise Instrumente
Siliziumnitrid-Keramik-Bearbeitung
Siliciumnitrid kann in grüner, biskuitierter oder vollständig gesinterter Form bearbeitet werden, wobei jede Form unterschiedliche Bearbeitungseigenschaften aufweist. Im Grün- oder Biskuitzustand lässt es sich leichter in komplexe Formen bringen, aber das Material schrumpft während des Sinterns um 20%, was die Maßgenauigkeit beeinträchtigt. Für enge Toleranzen muss vollgesintertes Siliciumnitrid mit Diamantwerkzeugen bearbeitet werden, ein präzises, aber aufgrund der Härte und Zähigkeit des Materials kostspieliges Verfahren.
Bearbeitungsmethoden und Überlegungen:
- Grün- oder Biscuit-Bearbeitung: Lässt sich leichter zu komplexen Formen verarbeiten, hat aber eine geringere Endmaßgenauigkeit.
- Sinter-Schrumpfung: Das Material schrumpft während des Sinterprozesses um 20%, was sich auf die Abmessungen nach dem Sintern auswirkt.
- Enge Toleranzen: Für genaue Abmessungen muss nachgesintertes Material mit Diamantwerkzeugen bearbeitet werden.
- Diamant-Schleifen: Bei dieser Technik werden diamantbeschichtete Werkzeuge oder Räder verwendet, um das Material abzuschleifen und die gewünschte Form zu erhalten.
- Kosten und Zeit: Die Bearbeitung von völlig dichtem Siliciumnitrid ist aufgrund der Härte und Zähigkeit des Materials ein langsamer und teurer Prozess.
Siliziumnitrid-Keramik-Verpackungen
Siliziumnitrid-Keramikprodukte werden in der Regel in vakuumversiegelten Beuteln verpackt, um Feuchtigkeit oder Verunreinigungen zu vermeiden, und mit Schaumstoff umwickelt, um Erschütterungen und Stöße während des Transports zu dämpfen und die Qualität der Produkte in ihrem ursprünglichen Zustand zu gewährleisten.
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