Las placas calefactoras de cerámica de nitruro de aluminio se utilizan ampliamente en la industria de semiconductores. Su tamaño suele ser de 8 pulgadas. La demanda de estas placas es muy baja, pero existen muy pocos fabricantes que puedan procesarlas. La razón principal es su dificultad de procesamiento. Entonces, ¿por qué es difícil procesarlas?
Primero, debemos entender qué son las cerámicas de nitruro de aluminio:
Los expertos en la industria cerámica saben que las cerámicas de nitruro de aluminio son materiales cerámicos avanzados con alta conductividad térmica y propiedades de aislamiento eléctrico, y se utilizan ampliamente en la industria electrónica.
El cristal de nitruro de aluminio pertenece al sistema cristalino hexagonal. Es un compuesto con enlace covalente cuya unidad estructural es un tetraedro y presenta una estructura de wurtzita. Además, es un material cerámico resistente a altas temperaturas. Su conductividad térmica monocristalina es aproximadamente 5 veces mayor que la de la alúmina. Puede utilizarse en un entorno de 2200 °C y presenta una buena resistencia al choque térmico.
Asimismo, el nitruro de aluminio es resistente a la corrosión por metales en estado fundido y es prácticamente inestable a los ácidos. Dado que su superficie reacciona formando una película de óxido extremadamente fina al exponerse al aire húmedo, se aprovecha esta propiedad para utilizarlo como material de crisol y molde de cocción para la fundición de aluminio, cobre, plata, plomo y otros metales. Además, gracias a sus mejores propiedades de metalización, la cerámica de nitruro de aluminio puede sustituir a la cerámica tóxica de óxido de berilio y se utiliza ampliamente en la industria electrónica.
La fórmula química del nitruro de aluminio es AlN, y su composición química es de aproximadamente 65,81 % de Al y 34,19 % de N. Su polvo es generalmente blanco o blanquecino, y es incoloro y transparente en estado monocristalino. Su temperatura de descomposición por sublimación a presión normal alcanza los 2450 °C.
La conductividad térmica de la cerámica de nitruro de aluminio se encuentra entre 170 y 210 W/(m·k), y la conductividad térmica del monocristal puede alcanzar 275 W/(m·k) o más. Alta conductividad térmica (>170 W/m·K), similar a la del BeO y el SiC; su coeficiente de expansión térmica (4,5 × 10℃) es similar al del Si (3,5 ~ 4 × 10℃) y el GaAs (6 × 10℃). Excelentes propiedades eléctricas (constante dieléctrica, pérdida dieléctrica, resistividad volumétrica, rigidez dieléctrica); buenas propiedades mecánicas; mayor resistencia a la flexión que las cerámicas de Al₂O₃ y BeO; se puede sinterizar a presión normal; se puede producir mediante el proceso de colada en cinta.
La cerámica de nitruro de aluminio es un material duro y frágil. Es muy difícil de procesar después de la sinterización. Sus propiedades son superiores a las de otros materiales cerámicos, lo que también significa que su dificultad de procesamiento es mayor que la de otras cerámicas. Otra dificultad importante en el procesamiento de la cerámica de aluminio es su gran fragilidad y la facilidad con la que se forman bordes blancos.
En estas circunstancias, se ha vuelto extremadamente difícil fabricar placas calefactoras de cerámica de nitruro de aluminio. Una placa calefactora de cerámica de nitruro de aluminio de 8 pulgadas es aproximadamente un disco con un diámetro de 315 mm y un espesor de 19 mm. El material de nitruro de aluminio utilizado para fabricar la placa calefactora debe ser mayor que este tamaño. En la industria de procesamiento, este tamaño es muy grande. En el centro de procesamiento, es muy fácil dañar todo el material cuando la ranura está vacía.
El costo de procesamiento de un material cerámico de nitruro de aluminio de tan gran tamaño es muy elevado. Si surge un pequeño problema en algún detalle, se desechará todo el material. Por lo tanto, el riesgo también es muy alto al procesar placas calefactoras de nitruro de aluminio. Si una pieza de material se daña, el fabricante perderá todo su dinero, por lo que muchos fabricantes no están dispuestos a asumir este riesgo, lo que resulta en que muy pocos procesen placas calefactoras de nitruro de aluminio.
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