中文
English
Français
Deutsch
Русский
Italiano
Español
عربي
日本
한국인
今天,无疑是信息技术时代的到来。微电子工业的迅猛发展,使氮化铝陶瓷在超大规模集成电路的生产中一炮而红。并且它们作为高导热陶瓷基板和封装材料正在引起人们的关注。
AlN的导热系数是目前应用最广泛的Al2O3陶瓷的七倍之多,同时介电常数低,具有氧化铝可匹敌的优良电性能、高强度、低密度和无毒。但有得必有失,目前氮化铝衬底面临着一个更大的困境,就是成本在一定程度上影响了其应用的推广。
那么这些成本从何而来?如前所述,AlN具有突出的导热性能,但由于陶瓷中的杂质和缺陷,产品的导热性能与理论值相去甚远。
因此,为了尽可能接近理论导热系数并突出AlN本身的优势,制造商在准备时必须谨慎,避免出现明显的性能缺陷。精益求精的每一道工序,都让高成本而来。
AlN粉末的制备
作为制备最终陶瓷制品的原料,其纯度、粒度、含氧量等杂质对导热性能、烧结成型工艺等都有重要影响。而它们是最终产品卓越性能的基石。
AlN粉体的合成方法有以下几种:
①直接氮化法:铝粉在高温氮气气氛中,直接与氮气发生化学反应生成氮化铝粉末,反应温度一般在800℃~1200℃范围内.
②碳热还原法:Al2O3粉与碳粉的混合物在高温(1400℃~1800℃)的氮气流中进行还原氮化反应生成AlN粉。
③ 自蔓延高温合成法:是铝粉直接氮化,充分利用铝粉直接氮化为强放热反应的特点,使铝粉在氮点上,然后利用铝与氮之间的化学反应热高,维持自身反应,合成AlN。
④化学气相沉积法:利用铝的挥发性化合物与氮气或氨气反应,从气相中析出氮化铝粉末。根据铝源的选择,分为无机化学气相沉积法和有机化学气相沉积法。
显然,要求AlN粉纯度高、粒度细、粒度分布窄的工艺成本高,或制备工艺复杂,生产效率低,或设备条件要求高,这一系列的后果难点是优质氮化铝粉价格高。
AlN的形成
AlN粉末的成型工艺有多种,传统的成型工艺如成型、热压、等静压均适用。其中,热压和等静压适用于高性能块状氮化铝陶瓷材料的制备,但成本高、生产效率低,无法满足电子行业对氮化铝陶瓷基板日益增长的需求。为了解决这个问题,最近人们采用流延法形成氮化铝陶瓷基板。铸造法也成为电子工业氮化铝陶瓷的主要成型工艺。
此外,由于AlN粉末具有很强的亲水性,为减少氧化,在成型过程中应尽量避免与水接触,这意味着需要使用有机浆料制备氮化铝陶瓷坯料。但由于使用的有机溶剂具有很强的挥发性,会对环境和人体造成不良影响。或者提高AlN粉体的表面抗水解能力,如借助疏水性和亲水性有机物在AlN表面形成涂层包裹,或在一定氧分压气氛中热处理,在其表面形成致密的氧化铝层。它的表面等
AlN的烧结
氮化铝烧结工艺比较苛刻,烧结或热压烧结温度往往高达1800℃以上,既要实现致密烧结,减少杂质和晶界相含量,又要简化工艺,降低成本,在AlN陶瓷的烧结工艺关键要做到:首先,选择合适的烧结工艺和气氛。二、选择合适的烧结助剂。
1.烧结工艺
AlN衬底由于其自扩散系数小,烧结过程非常困难。
① 热压烧结:在一定压力下烧结陶瓷,可以同时进行加热烧结和加压成型,从而得到晶粒细小、相对密度高、机械性能好的陶瓷。
②无压烧结:烧结工艺简单,常压烧结氮化铝陶瓷一般温度范围为1600-2000℃。适当提高烧结温度和延长保温时间可以提高氮化铝陶瓷的致密性,但强度相对较低。
③微波烧结:微波烧结也是一种快速烧结方法,利用微波与介质相互作用产生介电损耗和坯料整体加热的烧结方法。
④放电等离子烧结:结合等离子活化、热压、电阻加热等技术。具有烧结速度快、晶粒度均匀等特点,但设备成本高,加工工件尺寸有限。
⑤自蔓延烧结:在超高压氮气条件下,通过自蔓延高温合成反应直接制备致密的AlN陶瓷。但由于高温燃烧反应,原料中的Al容易熔化,阻碍了氮气渗入坯料,因此难以获得致密的AlN陶瓷。
在以上五种烧结工艺中,热压烧结是制备高导热致密化AlN陶瓷的主要工艺。但是工艺比较复杂,设备要求高,生产效率低,成本自然也就高了。
2、烧结气氛
目前,AlN陶瓷的烧结气氛有中性气氛、还原气氛和弱还原气氛三种。中性气氛采用常用的N2,还原性气氛采用CO,弱还原性气氛采用H2。
在还原气氛中,AlN陶瓷的烧结时间和保温时间不宜过长,烧结温度不宜过高,以免AlN还原。在中性气氛中,不会出现上述情况,所以一般选择在氮气中烧结,以获得更高性能的AlN陶瓷。
3、添加烧结助剂
在氮化铝陶瓷基板的烧结过程中,除了工艺和气氛对产品性能有影响外,烧结助剂的选择也尤为重要。
AlN烧结添加剂一般为碱金属氧化物和碱土金属氧化物,烧结添加剂主要有两个作用:一方面形成低熔点相,液相烧结,降低烧结温度,促进毛坯致密化.另一方面,高导热性是AlN衬底的重要性能。由于氧杂质等各种缺陷的存在,导热系数低于理论值,加入助烧剂可以与氧反应完成晶格,从而提高导热系数。
用于烧结AlN陶瓷的烧结助剂主要是Y2O3、氧化钙、镨2O3、史密斯2O3、李2O3、B2O3、氟化钙2、YF3、碳酸钙2, 等或其混合物。选择多种复合助烧剂往往可以获得比单一助烧剂更好的烧结效果,实现AlN低温烧结,降低能耗,有利于连续生产。为了找到合适的低高温烧结添加剂,厂商往往需要投入大量的时间和精力进行研发,所以这部分也会体现在AlN基板的价格上。
本文转载自360powder.com
为什么您需要我们的服务,您知道您将获得高素质的专业人士,他们拥有专业知识和经验,可以确保您的项目正确完成并发挥作用。
如果您想免费咨询,请开始填写表格:
扫描至微信 :
家
产品
Skype
WhatsApp