氮化鋁(AlN)陶瓷作為一種新型的電子器件封裝基板材料,具有熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、介電損耗小、耐高溫及化學(xué)腐蝕,絕緣性好,而且無毒環(huán)保等優(yōu)良性能,是被國內(nèi)外一致看好很具有發(fā)展前景的陶瓷材料之一。作為一種非常適合用于高功率、高引線和大尺寸芯片封裝基板材料,氮化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率一直是行業(yè)內(nèi)關(guān)注研究的難題,目前商用氮化鋁基板的熱導(dǎo)率距離其理論熱導(dǎo)率還有很大的差距,因此,在降低氮化鋁陶瓷燒結(jié)溫度的同時研制出更高熱導(dǎo)率的氮化鋁陶瓷基板,對于電子器件的快速發(fā)展有著重大意義。要想制備出熱導(dǎo)率更高的氮化鋁基板,就要從其導(dǎo)熱原理出發(fā),探究究竟哪些因素影響了熱導(dǎo)率。制約氮化鋁商品化的主要因素就是價格問題。深圳陶瓷氮化鋁粉體品牌
目前AlN基片較常用的燒結(jié)工藝一般有5種,即熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)(SPS)、微波燒結(jié)和自蔓延燒結(jié)。熱壓燒結(jié)是在加熱粉體的同時進(jìn)行加壓,利用通電產(chǎn)生的焦耳熱和加壓造成的塑性變形來促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行。相對于無壓燒結(jié)來說,熱壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度要低得多,而且燒結(jié)體致密,氣孔率低,但其加熱、冷卻所需時間較長,且只能制備形狀不太復(fù)雜的樣品。熱壓燒結(jié)是目前制備高熱導(dǎo)率致密化AlN陶瓷的主要工藝。由于AlN具有很強(qiáng)的共價性,故其在常壓燒結(jié)時需要的燒結(jié)溫度很高。在常壓燒結(jié)條件下,添加了Y2O3的AlN粉能產(chǎn)生液相燒結(jié)的溫度為1600℃以上,且燒結(jié)溫度要受AlN粒度、添加劑種類及添加劑的含量等因素的影響。常壓燒結(jié)的燒結(jié)溫度一般為1600~2000℃,保溫時間為2h。微米氮化鋁廠家推薦氮化鋁可以用作高溫結(jié)構(gòu)件熱交換器材料等。
目前發(fā)現(xiàn)的適合作為燒結(jié)助劑的材料有Y2O3、CaO、Li2O、BaO、MgO、SrO2、La2O3、HfO2和CeO2等不與AlN發(fā)生反應(yīng)的氧化物,以及一些稀土金屬與堿土金屬的氟化物和少量具有還原性的化合物(CaC2、YC2、TiO2、ZrO2、TiN等)。單獨(dú)采用某種單一的燒結(jié)助劑,在常壓下燒結(jié)通常需要高于1800℃的溫度,利用復(fù)合助劑,設(shè)計合理的助劑及配比,可以進(jìn)一步有效降低燒結(jié)溫度,也是目前普遍采用的一種氮化鋁低溫?zé)Y(jié)方法。氮化鋁陶瓷基板電子封裝領(lǐng)域的應(yīng)用范圍越來越廣,目前也有一些國內(nèi)企業(yè)在這個領(lǐng)域有所建樹,然而相對于早已接近紅海的海外市場,我國的氮化鋁陶瓷基板的發(fā)展仍處于起步階段,在高性能粉體及高導(dǎo)熱基板的制備生產(chǎn)上仍有一定的差距。深入了解材料的作用機(jī)理,從根源上“對癥下藥”,才能讓我國的陶瓷基板產(chǎn)業(yè)更上一個臺階。
氮化鋁陶瓷的應(yīng)用:氮化鋁粉末純度高,粒徑小,活性大,是制造高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的主要原料。氮化鋁陶瓷基片,熱導(dǎo)率高,膨脹系數(shù)低,強(qiáng)度高,耐高溫,耐化學(xué)腐蝕,電阻率高,介電損耗小,是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料。氮化鋁硬度高,超過傳統(tǒng)氧化鋁,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造價高,只能用于磨損嚴(yán)重的部位.利用AIN陶瓷耐熱耐熔體侵蝕和熱震性,可制作GaAs晶體坩堝、Al蒸發(fā)皿、磁流體發(fā)電裝置及高溫透平機(jī)耐蝕部件,利用其光學(xué)性能可作紅外線窗口。氮化鋁薄膜可制成高頻壓電元件、超大規(guī)模集成電路基片等。氮化鋁耐熱、耐熔融金屬的侵蝕,對酸穩(wěn)定,但在堿性溶液中易被侵蝕。AIN新生表面暴露在濕空氣中會反應(yīng)生成極薄的氧化膜。 利用此特性,可用作鋁、銅、銀、鉛等金屬熔煉的坩堝和燒鑄模具材料。AIN陶瓷的金屬化性能較好,可替代有毒性的氧化鈹瓷在電子工業(yè)中較廣應(yīng)用。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。
氮化鋁是共價鍵化合物,屬于六方晶系,纖鋅礦型的晶體結(jié)構(gòu),呈白色或灰白色。室溫強(qiáng)度高,且強(qiáng)度隨溫度的升高下降較慢。氮化鋁導(dǎo)熱性好,熱膨脹系數(shù)小,是良好的耐熱沖擊材料。具有優(yōu)異的抗熱震性。AlN的導(dǎo)熱率是Al2O3的2~3倍,熱壓時強(qiáng)度比Al2O3還高。氮化鋁對Al和其他熔融金屬、砷化鎵等具有良好的耐蝕性,尤其對熔融Al液具有極好的耐侵蝕性,還具有優(yōu)良的電絕緣性和介電性質(zhì)。但氮化鋁的高溫抗氧化性差,在大氣中易吸潮、水解,和濕空氣、水或含水液體接觸產(chǎn)生熱和氮并迅速分解。在2516℃分解,熱硬度很高,即使在分解溫度前也不軟化變形。氮化鋁和水在室溫下也能緩慢地進(jìn)行反應(yīng),而被水解。和干燥氧氣在800℃以上進(jìn)行反應(yīng)。環(huán)氧樹脂作為一種有著很好的化學(xué)性能和力學(xué)穩(wěn)定性的高分子材料,它固化方便,收縮率低。大連球形氮化鋁粉體
利用AlN陶瓷耐熱耐侵蝕性,可用于制作坩堝、Al蒸發(fā)皿等高溫耐蝕部件。深圳陶瓷氮化鋁粉體品牌
氮化鋁材料有陶瓷型和薄膜型兩種。氮化鋁熱導(dǎo)率高、絕緣性能好電阻率高達(dá)4x lUfs7,"cm.,熱膨脹系數(shù)小(2.55一3.8U; x i0一“K一‘,化學(xué)性能穩(wěn)定,在innU℃時才與空氣發(fā)生氧化。在真空中可穩(wěn)定到ISUU}}。致密型氮化鋁是抗水的,幾乎不與濃無機(jī)酸發(fā)生反應(yīng)。密度為3.26gIcm3,熔點24UU C'彈性模量為3U( -- 31 f7C}Pa,抗彎強(qiáng)度為2sa一350MPa ,莫氏硬度為g.A1N陶瓷用粉末冶金法制得』氮化鋁薄膜用反應(yīng)濺射法制得。AlU陶瓷片川于大功率半導(dǎo)體集成電路和大功率的厚模電路,AIN薄膜用于薄膜器件的介質(zhì)和耐磨、耐熱、散熱好的鍍層。深圳陶瓷氮化鋁粉體品牌
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