Substrat en nitrure de silicium
Substrat en nitrure de silicium
Pureté : ≥99%
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Silicon nitride substrate data sheet
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Code de référence : |
HM2560 |
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La pureté : |
≥99% |
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Couleur : |
Black-gray |
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Chemical formula: |
Si3N4 |
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Material grades: |
HMSN1000, HMSN2000, HMSN3000, HMSN4000 |
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Densité : |
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
| Produit | Épaisseur | 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.
Electronic devices
Écrans OLED
Domaine aérospatial
New energy industry
Propriétés du nitrure de silicium
Grades de matériaux en nitrure de silicium
Le HMSN1000 est produit par une technique de frittage par surpression de gaz, largement reconnue pour permettre la fabrication de pièces en nitrure de silicium à haute résistance et aux formes complexes. Le processus commence par un mélange de poudres de nitrure de silicium qui comprend des additifs de frittage, tels que l'yttrium, l'oxyde de magnésium ou l'alumine, pour créer une phase liquide pendant le frittage, ainsi que des liants pour améliorer l'intégrité structurelle de la forme pré-frittée. Après avoir façonné la poudre dans la géométrie souhaitée et effectué tout usinage vert nécessaire, les composants sont densifiés dans un four pressurisé à l'azote. Cet environnement assure une bonne consolidation tout en minimisant la perte de matière due à l'évaporation ou à la décomposition du silicium, de l'azote et des éléments additifs.
Utilisations courantes
- Composants pour systèmes aérospatiaux
- Éléments roulants et coulissants des paliers
- Pièces à haute durabilité pour moteurs à combustion interne
- Outils et accessoires pour la coulée et le traitement des métaux
- Pièces structurelles dans les assemblages mécaniques
- Éléments biocompatibles pour dispositifs médicaux
Le HMSN2000 est fabriqué à l'aide d'une technique de pressage à chaud, où la poudre de nitrure de silicium est compactée simultanément sous haute pression et à température élevée. Cette méthode fait appel à des équipements spécialisés, notamment des matrices de précision et des presses uniaxiales. Il en résulte une céramique dense d'une résistance et d'une durabilité exceptionnelles. Toutefois, en raison des limites de l'équipement, ce procédé convient mieux à la formation de géométries de base. Comme les composants ne peuvent pas être usinés à l'état pré-fritté (vert), tout le post-traitement doit être effectué par meulage au diamant, ce qui est à la fois long et coûteux. Par conséquent, cette méthode est généralement réservée à la production à petite échelle de pièces simples pour lesquelles des performances matérielles supérieures sont requises.
Utilisations courantes
- Pièces structurelles dans les systèmes aéronautiques et spatiaux
- Équipements et composants de tuyauterie dans les industries de transformation chimique
- Éléments résistants au frottement pour moteurs
- Outils et pièces d'usure utilisés dans les environnements de moulage de métaux
- Pièces portantes et de précision dans les machines industrielles
- Pièces spécialisées dans les instruments médicaux et dentaires
Le HMSN3000 utilise le procédé de pressage isostatique à chaud (HIP), dans lequel la poudre de nitrure de silicium est compactée sous haute pression et à haute température. Le matériau est placé dans une chambre pressurisée avec un gaz inerte, soumettant le composant à une pression uniforme de tous les côtés, jusqu'à 2000 bars, tout en le chauffant. Cette méthode permet d'éliminer toute porosité résiduelle ou tout défaut pendant le processus de frittage, ce qui permet d'obtenir un matériau dont la densité est proche de son maximum théorique. Bien que le procédé HIP améliore considérablement les propriétés mécaniques, la durabilité et la fiabilité globale du matériau, son coût élevé et sa complexité en limitent l'utilisation à des applications très spécialisées.
Utilisations courantes
- Composants pour les industries de l'aérospatiale et de la défense
- Applications de roulements de précision, en particulier dans les environnements à haute performance
- Équipements et composants dans les usines de traitement chimique et les installations industrielles
- Pièces du moteur soumises à une usure et à des contraintes thermiques extrêmes
- Outils de fonderie et composants résistants à l'usure
- Pièces de haute performance pour les systèmes d'ingénierie mécanique
- Composants médicaux nécessitant une résistance et une biocompatibilité élevées
HMSN4000 est produit par un processus de frittage à surpression de gaz extrudé, où la poudre de nitrure de silicium est mélangée à des additifs de frittage, tels que l'yttrium, l'oxyde de magnésium et/ou l'alumine, pour faciliter le frittage en phase liquide. En outre, des liants sont incorporés pour améliorer les propriétés mécaniques de la structure en céramique verte. Le processus d'extrusion permet de donner au matériau la forme souhaitée, puis les pièces sont soumises à un frittage par surpression de gaz dans un environnement contrôlé. Cette méthode garantit une densité uniforme et des performances mécaniques supérieures, ce qui la rend idéale pour les applications à hautes performances.
Utilisations courantes
- Composants de l'industrie aérospatiale
- Roulements utilisés dans les machines à haute performance
- Équipement pour les usines chimiques et le traitement industriel
- Pièces résistantes à l'usure pour les moteurs
- Composants utilisés dans les opérations de fonderie
- Pièces pour systèmes d'ingénierie mécanique
- Composants de qualité médicale pour instruments de haute précision
Usinage de la céramique de nitrure de silicium
Le nitrure de silicium peut être usiné sous forme verte, biscuitée ou entièrement frittée, chacune ayant des propriétés d'usinage différentes. À l'état vert ou biscuit, il est plus facile de lui donner des formes complexes, mais le matériau se rétracte d'environ 20% pendant le frittage, ce qui affecte la précision des dimensions. Pour obtenir des tolérances serrées, le nitrure de silicium entièrement fritté doit être usiné à l'aide d'outils diamantés, un processus précis mais coûteux en raison de la dureté et de la ténacité du matériau.
Méthodes d'usinage et considérations :
- Usinage en vert ou en biscuit : Plus facile à usiner dans des formes complexes, mais manque de précision dimensionnelle finale.
- Rétrécissement par frittage : Le matériau se rétracte d'environ 20% au cours du processus de frittage, ce qui affecte les dimensions après frittage.
- Tolérances serrées : Pour obtenir des dimensions précises, le matériau post-fritté doit être usiné à l'aide d'outils diamantés.
- Meulage au diamant : Cette technique implique l'utilisation d'outils ou de meules revêtus de diamant pour abraser le matériau et obtenir la forme souhaitée.
- Coût et délai : L'usinage du nitrure de silicium entièrement dense est un processus lent et coûteux en raison de la dureté et de la résistance du matériau.
Emballage en céramique de nitrure de silicium
Les produits céramiques à base de nitrure de silicium sont généralement emballés dans des sacs scellés sous vide pour éviter l'humidité ou la contamination et enveloppés de mousse pour amortir les vibrations et les chocs pendant le transport, ce qui garantit la qualité des produits dans leur état d'origine.
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