高電阻率、高熱導(dǎo)率和低介電常數(shù)是電子封裝用基片材料的很基本要求。封裝用基片還應(yīng)與硅片具有良好的熱匹配、易成型、高表面平整度、易金屬化、易加工、低成本等特點(diǎn)和一定的力學(xué)性能。陶瓷由于具有絕緣性能好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高、高頻特性好等優(yōu)點(diǎn),成為很常用的基片材料。常用的陶瓷基片材料有氧化鈹、氧化鋁、氮化鋁等,其中氧化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率低,熱膨脹系數(shù)和硅不太匹配;氧化鈹雖然有優(yōu)良的性能,但其粉末有劇毒;而氮化鋁陶瓷具有高熱導(dǎo)率、好的抗熱沖擊性、高溫下依然擁有良好的力學(xué)性能,被認(rèn)為是很理想的基板材料。氮化鋁陶瓷擁有高硬度和高溫強(qiáng)度性能,可用作切割工具、砂輪和拉絲模以及制造工具材料、金屬陶瓷材料的原料。還具有優(yōu)良的耐磨損性能,可用作耐磨損零件,但由于造價(jià)高,只能用于磨損嚴(yán)重的部位。將某些易氧化的金屬或非金屬表面包覆AlN涂層,可以提高其抗氧化、耐磨的性能;也可以用作防腐蝕涂層,如腐蝕性物質(zhì)的處理器和容器的襯里等。氮化鋁應(yīng)用于陶瓷及耐火材料,氮化鋁可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)陶瓷的燒結(jié),制備出來(lái)的氮化鋁陶瓷。上海微米氧化鋁商家
氮化鋁因其相對(duì)優(yōu)異的導(dǎo)熱性和無(wú)毒性質(zhì)而成為很常用的材料。它具有非常高的導(dǎo)熱性和出色的電絕緣性能的非常有趣的組合。這使得氮化鋁注定用于電力和微電子應(yīng)用。例如,它在半導(dǎo)體中用作電路載體(基板)或在 LED 照明技術(shù)或大功率電子設(shè)備中用作散熱器。氮化鋁耐熔融鋁、鎵、鐵、鎳、鉬、硅和硼。氮化鋁可以金屬化、電鍍和釬焊。它也是一種良好的電絕緣體,如果需要,可以很容易地進(jìn)行金屬化。出于這個(gè)原因,該材料通常用作散熱器或其他需要快速散熱的應(yīng)用。氮化鋁可以形成大的形狀,也很容易作為薄基板獲得。氮化鋁主要用于電子領(lǐng)域,特別是當(dāng)散熱是一項(xiàng)重要功能時(shí)。高導(dǎo)熱性和出色的電絕緣性使氮化鋁適用于各種極端環(huán)境,尤其適用于要求苛刻的電氣應(yīng)用。氮化鋁的特性是高導(dǎo)熱性、高電絕緣能力和低熱膨脹。微米氮化硼品牌氧化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率低,熱膨脹系數(shù)和硅不太匹配。
氮化鋁,共價(jià)鍵化合物,化學(xué)式為AIN,是原子晶體,屬類(lèi)金剛石氮化物、六方晶系,纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu),無(wú)毒,呈白色或灰白色。AlN很高可穩(wěn)定到2200℃。室溫強(qiáng)度高,且強(qiáng)度隨溫度的升高下降較慢。導(dǎo)熱性好,熱膨脹系數(shù)小,是良好的耐熱沖擊材料??谷廴诮饘偾治g的能力強(qiáng),是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁還是電絕緣體,介電性能良好,用作電器元件也很有希望。砷化鎵表面的氮化鋁涂層,能保護(hù)它在退火時(shí)免受離子的注入。氮化鋁還是由六方氮化硼轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎降鸬拇呋瘎J覝叵屡c水緩慢反應(yīng).可由鋁粉在氨或氮?dú)夥罩?00~1000℃合成,產(chǎn)物為白色到灰藍(lán)色粉末?;蛴葾l2O3-C-N2體系在1600~1750℃反應(yīng)合成,產(chǎn)物為灰白色粉末?;蚵然X與氨經(jīng)氣相反應(yīng)制得.涂層可由AlCl3-NH3體系通過(guò)氣相沉積法合成。
由于氮化鋁陶瓷基片的特殊技術(shù)要求,加上設(shè)備投資大、制造工藝復(fù)雜,氮化鋁陶瓷基片重點(diǎn)制造技術(shù)被日本等國(guó)家的幾個(gè)大公司掌控。氮化鋁陶瓷基片制備、燒結(jié)及后期加工等特殊要求較高,尤其是在產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品性能、穩(wěn)定性等要求更高,再加上設(shè)備投資大、制造工藝復(fù)雜。目前,我國(guó)氮化鋁陶瓷基片生產(chǎn)企業(yè)缺乏重點(diǎn)技術(shù),再加上我國(guó)大多數(shù)氮化鋁陶瓷基片生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模較小,研發(fā)投入資金有限,技術(shù)人員較少且經(jīng)驗(yàn)不足,導(dǎo)致我國(guó)氮化鋁陶瓷基片整體技術(shù)水平較低,產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,主要集中在中低端產(chǎn)品。近幾年,中國(guó)氮化鋁基板生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)很快,原有企業(yè)也積極擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。氮化鋁產(chǎn)量不斷增長(zhǎng),增長(zhǎng)速度有加快趨勢(shì),但是國(guó)內(nèi)氮化鋁產(chǎn)量仍然不足,不能滿足國(guó)內(nèi)需求,還需要從國(guó)外大量進(jìn)口。通過(guò)將導(dǎo)熱能力優(yōu)異的AlN納米顆粒添加到環(huán)氧樹(shù)脂中,可有效提高材料的熱導(dǎo)率和強(qiáng)度。
高導(dǎo)熱氮化鋁基片的燒結(jié)工藝重點(diǎn)包括燒結(jié)方式、燒結(jié)助劑的添加、燒結(jié)氣氛的控制等。放電等離子燒結(jié)是20世紀(jì)90年代發(fā)展并成熟的一種燒結(jié)技術(shù),它利用脈沖大電流直接施加于模具和樣品上,產(chǎn)生體加熱使被燒結(jié)樣品快速升溫;同時(shí),脈沖電流引起顆粒間的放電效應(yīng),可凈化顆粒表面,實(shí)現(xiàn)快速燒結(jié),有效地抑制顆粒長(zhǎng)大。使用SPS技術(shù)能夠在較低溫度下進(jìn)行燒結(jié),且升溫速度快,燒結(jié)時(shí)間短。微波燒結(jié)是利用特殊頻段的電磁波與介質(zhì)的相互耦合產(chǎn)生介電損耗,使坯體整體加熱的燒結(jié)方法。微波同時(shí)提高了粉末顆?;钚裕铀傥镔|(zhì)的傳遞。微波燒結(jié)也是一種快速燒結(jié)法,同樣可保證樣品安全衛(wèi)生無(wú)污染。雖然機(jī)理與放電等離子體燒結(jié)有所不同,但是兩者都能實(shí)現(xiàn)整體加熱,才能極大地縮短燒結(jié)周期,所得陶瓷晶體細(xì)小均勻。氮化鋁膜是指用氣相沉積、液相沉積、表面轉(zhuǎn)化或其它表面技術(shù)制備的氮化鋁覆蓋層。上海多孔氮化硼廠家
砷化鎵表面的氮化鋁涂層,能保護(hù)它在退火時(shí)免受離子的注入。上海微米氧化鋁商家
氮化鋁陶瓷微觀結(jié)構(gòu)對(duì)熱導(dǎo)率的影響:在實(shí)際應(yīng)用中,常在AlN中加入各種燒結(jié)助劑來(lái)降低AlN陶瓷的燒結(jié)溫度,與此同時(shí)在氮化鋁晶格中也引入了第二相,致使熱傳導(dǎo)過(guò)程中聲子發(fā)生散射導(dǎo)致熱導(dǎo)率下降。添加燒結(jié)助劑引入的第二相會(huì)出現(xiàn)幾種情況:從分布形式來(lái)看,可分為孤島狀和連續(xù)分布在晶界處;從分布位置來(lái)看,可分為分布在晶界三角處和晶界其他處。連續(xù)分布的晶??蔀槁曌犹峁┝烁苯拥耐ǖ?,直接接觸AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的熱導(dǎo)率,所以第二相是連續(xù)分布的更好;分布于晶界三角處的AlN陶瓷在熱傳導(dǎo)過(guò)程中產(chǎn)生的干擾散射較少,而且能夠使AlN晶粒間保持接觸,故而第二相分布在晶界三角處更好。此外,晶界相若分布不均勻,會(huì)導(dǎo)致大量的氣孔存在,阻礙聲子的散射,導(dǎo)致AlN的熱導(dǎo)率下降,晶界含量、晶界大小以及氣孔率對(duì)熱導(dǎo)率的表現(xiàn)也有一定的影響。因此,在AlN陶瓷的燒結(jié)過(guò)程中,可以通過(guò)改善燒結(jié)工藝的途徑,如提高燒結(jié)溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間、熱處理等,改善晶體內(nèi)部缺陷,盡可能使第二相連續(xù)分布以及位于三叉晶界處,從而提高氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率。上海微米氧化鋁商家
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