氮化鋁陶瓷基片制造并非易事:氮化鋁的很大特點是熱膨脹系數(shù)(CTE)與半導(dǎo)體硅(Si)相當(dāng),且熱導(dǎo)率高,理論上氮化鋁熱導(dǎo)率可達(dá)到320W/(m·K),但成本很高。由于制備氮化鋁陶瓷的重點原料氮化鋁粉體制備工藝復(fù)雜、能耗高、周期長、價格昂貴,國內(nèi)的氮化鋁粉體很大程度上依賴進(jìn)口。原料的批次穩(wěn)定性、成本也成為國內(nèi)氮化鋁陶瓷基片材料制造的瓶頸。氮化鋁基板生產(chǎn)呈地區(qū)集中狀態(tài),美國、日本、德國等國家和地區(qū)是全球很主要的電子元件生產(chǎn)和研發(fā)中心,在氮化鋁陶瓷基片的研究已遠(yuǎn)早于國內(nèi)。日本已有較多企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)氮化鋁陶瓷基片,目前是全球很大的氮化鋁陶瓷基片生產(chǎn)國。利用氮化鋁陶瓷具有較高的室溫和高溫強度,膨脹系數(shù)小,導(dǎo)熱性好的特性。溫州耐溫氧化鋁哪家好
氧雜質(zhì)對熱導(dǎo)率的影響:AIN極易發(fā)生水解和氧化,使氮化鋁表面發(fā)生氧化,導(dǎo)致氧固溶入AIN晶格中形成鋁空位缺陷,這樣就會導(dǎo)致聲子散射增加,平均自由程降低,熱導(dǎo)率也隨之降低。因此,為了提高熱導(dǎo)率,加入合適的燒結(jié)助劑來除去晶格中的氧雜質(zhì)是一種有效的辦法。氮化鋁陶瓷的燒結(jié)的關(guān)鍵控制要素:AlN是共價化合物,原子的自擴散系數(shù)小,鍵能強,導(dǎo)致很難燒結(jié)致密,其熔點高達(dá)3000℃以上,燒結(jié)溫度更是高達(dá)1900℃以上,如此高的燒結(jié)溫度嚴(yán)重制約了氮化鋁在工業(yè)上的實際應(yīng)用。此外,AlN表層的氧雜質(zhì)是在高溫下才開始向其晶格內(nèi)部擴散的,因此低溫?zé)Y(jié)還有另外一個作用,即延緩燒結(jié)時表層的氧雜質(zhì)向AlN晶格內(nèi)部擴散,減少晶格內(nèi)的氧雜質(zhì),因此制備高熱導(dǎo)率的AlN陶瓷材料,低溫?zé)Y(jié)技術(shù)的研究勢在必行。目前工業(yè)上,氮化鋁陶瓷的燒結(jié)有多種方式,可以根據(jù)實際需求,采取不同的燒結(jié)方法來獲得致密的陶瓷體,無論用什么燒結(jié)方式,細(xì)化氮化鋁原始粉料以及添加適宜的低溫?zé)Y(jié)助劑能夠有效降低氮化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度。紹興片狀氧化鋁商家隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的成型方法已難以滿足人們對陶瓷材料在性能和形狀方面的要求。
AlN陶瓷基片的成型:流延成型制備氮化鋁陶瓷基片的主要工藝,將氮化鋁粉料、燒結(jié)助劑、粘結(jié)劑、溶劑混合均勻制成漿料,通過流延制成坯片,采用組合模沖成標(biāo)準(zhǔn)片,然后用程控沖床沖成通孔,用絲網(wǎng)印刷印制金屬圖形,將每一個具有功能圖形的生坯片疊加,層壓成多層陶瓷生坯片,在氮氣中約700℃排除粘結(jié)劑,然后在1800℃氮氣中進(jìn)行共燒,電鍍后即形成多層氮化鋁陶瓷。流延成型分為有機流延成型和水基流延成型兩種。流延成型法在AlN陶瓷基片方面的應(yīng)用具有極強的優(yōu)勢,如設(shè)備要求低,可連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)效率高、自動化程度高,其生產(chǎn)成本低廉,非常適合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。注射成型:首先將AlN粉體與有機粘結(jié)劑按一定比例混合,經(jīng)過造粒得到性能穩(wěn)定的喂料,然后在注射成型機上成型素坯,再經(jīng)過脫脂、燒結(jié)很終獲得AlN陶瓷基片。
提高氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率的途徑:選擇合適的燒結(jié)工藝,微波燒結(jié):微波燒結(jié)是利用微波與介質(zhì)的相互作用產(chǎn)生介電損耗使坯體整體加熱的燒結(jié)方法。同時,微波可以使粉末顆?;钚蕴岣撸欣谖镔|(zhì)的傳遞。微波燒結(jié)已成為一門新型的陶瓷燒結(jié)技術(shù),它利用整體性自身加熱,使材料加熱的效率提高,升溫速度加快,保溫時間縮短,這有利于提高致密化速度并可以有效抑制晶粒生長,獲得獨特的性能和結(jié)構(gòu)。放電等離子燒結(jié):放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬間高溫場來實現(xiàn)燒結(jié)過程。SPS升溫速度快、燒結(jié)時間短、能在較低溫度下燒結(jié),通過控制燒結(jié)組分與工藝能實現(xiàn)溫度梯度場,可用于燒結(jié)梯度材料及大型工件等復(fù)雜材料。放電等離子燒結(jié)內(nèi)每個顆粒均勻的自身發(fā)熱使顆粒表現(xiàn)活化,因而具有很高的熱導(dǎo)率,可在短時間內(nèi)使燒結(jié)體致密化。氮化鋁陶瓷基板作為一種新型陶瓷基板。
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,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。氮化鋁防導(dǎo)熱性好,熱膨脹系數(shù)小,是良好的耐熱沖擊材料。紹興片狀氧化鋁商家
由于氮化鋁的聲表面波速度高,具有壓電性,可用作聲表面波器件。溫州耐溫氧化鋁哪家好
氮化鋁陶瓷的制備技術(shù):注射成型被國際上譽為“當(dāng)今很熱門的零部件成形技術(shù)”。陶瓷注射成型是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備復(fù)雜形狀的陶瓷零部件的新興工藝。相對于傳統(tǒng)成型工藝,它的優(yōu)點主要包括:機械化和自動化程度高、生產(chǎn)效率高、成型周期短、坯體強度高;成型的陶瓷產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度;成型產(chǎn)品燒結(jié)體性能優(yōu)越且一致性較好;可近凈尺寸成型各種復(fù)雜形狀,很少甚至無需進(jìn)行機械加工后處理。需要注意的是,由注射成型得到的制品,其脫脂是一個尤為重要的階段,因為絕大多數(shù)的缺陷都在脫脂階段形成,如裂紋、氣孔、變形、鼓泡等情況,并且在脫脂過程中產(chǎn)生的缺陷無法通過后期的燒結(jié)來彌補,所以在某種程度上脫脂決定了很終產(chǎn)品質(zhì)量。由于注射成型坯體中有機物含量較高,脫脂過快會導(dǎo)致很多缺陷的發(fā)生。因此,脫脂工藝優(yōu)化是注射成型工藝中的一大難題和研究重點。溫州耐溫氧化鋁哪家好