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Keramik – Die Aluminiumnitrid-Keramik Alunit bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Ein innovatives Extrusionsverfahren ermöglicht die Serienproduktion stabförmiger Körper und Rohrsysteme.

17. Februar 2011

Keramische Werkstoffe sind heute in zahlreichen Anwendungsgebieten selbstverständlich geworden. Ausschlaggebend dafür sind meist ihre große Härte sowie die Widerstandsfähigkeit vieler Vertreter dieser Werkstoffklasse gegen extreme Umgebungsverhältnisse, wie hohe Temperaturen oder ätzende Chemikalien. Zudem wirken keramische Werkstoffe in der Regel elektrisch isolierend und sind außerdem formfest, ROHS-konform und chemisch völlig inert. Weniger bekannt ist, dass einige keramische Werkstoffe auf Aluminiumbasis, wie beispielsweise Rubalit (Aluminiumoxid, Al2O3) oder Alunit (Aluminiumnitrid, AlN) zudem eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und sich damit zum Beispiel sehr gut als Substratwerkstoff für elektronische Bauelemente eignen. Die vielfältigen Anwendungsgebiete für AlN-Keramik reichen vom passiven Bauteil und Baugruppenträger bis zur Flüssigkühlung.

Vorteile serienmäßig

Besonders effektiv nutzen lassen sich die Vorteile der wärmeleitfähigen Aluminiumnitrid-Keramikwerkstoffe durch eine Entwicklung der CeramTec GmbH aus Plochingen bei Stuttgart: Dem Unternehmen ist es gelungen, den Werkstoff serienmäßig im Extrusionsverfahren herzustellen. Das weltweit einzigartige Verfahren ermöglicht die Massenproduktion von stabförmigen Körpern und Rohrsystemen aus Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 170 W/mK und zugleich hoher mechanischer Stabilität und Durchschlagsfestigkeit. Der innovative Prozess ermöglicht derzeit die serienmäßige Produktion von Halbzeugen mit einem Durchmesser von 0,98 bis etwa 35 Millimeter. Die Mindestwandstärke beträgt 0,2 Millimeter, die Maximallänge 250 Millimeter. Alunit besitzt einen vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Silizium von ca. 4ppm/K und bietet zudem eine in alle Richtungen gleiche Wärmeleitung und Ausdehnung. Thermische Spannungen, beispielsweise in der Lotschicht zwischen Chip und Substrat, sind daher gering.

Die Applikationen für Alunit-Keramik mit ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit, Durchschlagsfestigkeit, elektrischen Isolationseigenschaften und mechanischen Stabilität sind vielfältig: Sie reichen vom passiven Bauteil und Baugruppenträger bis zur Flüssigkühlung. Typische Einsatzfelder stellen hohe Anforderungen bezüglich Leistungsdichte, Betriebsspannung, Teilentladungsfestigkeit und Zuverlässigkeit, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder bei Bahnantrieben.

bt

Auf einen Blick

- Keramikwerkstoffe wie Rubalit oder Alunit vereinen elektrische Isolation und Wärmeleitfähigkeit mit extremer Korrosionsfestigkeit.

- Direkte Metallisierung ermöglicht individuelle Leiterbahnenlayouts an allen Seiten.

- Das Extrusionsverfahren der CeramTec AG erleichtert Anwendungen des Werkstoffs in der Hochleistungselektronik bei hohen Stromstärken.

Erschienen in Ausgabe: 01/2011