氮化铝陶瓷基片制造并非易事:氮化铝的很大特点是热膨胀系数(CTE)与半导体硅(Si)相当,且热导率高,理论上氮化铝热导率可达到320W/(m·K),但成本很高。由于制备氮化铝陶瓷的重点原料氮化铝粉体制备工艺复杂、能耗高、周期长、价格昂贵,国内的氮化铝粉体很大程度上依赖进口。原料的批次稳定性、成本也成为国内氮化铝陶瓷基片材料制造的瓶颈。氮化铝基板生产呈地区集中状态,美国、日本、德国等国家和地区是全球很主要的电子元件生产和研发中心,在氮化铝陶瓷基片的研究已远早于国内。日本已有较多企业研发和生产氮化铝陶瓷基片,目前是全球很大的氮化铝陶瓷基片生产国。在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中,氮化硅陶瓷抗弯强度很高,耐磨性好。杭州纳米氮化铝生产商
氮化铝陶瓷是一种综合性能优良的新型陶瓷材料,具有优良的热传导性、可靠的电绝缘性、低的介电常数和介电损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料,受到了国内外研究者的较广重视。理论上,氮化铝的热导率接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。另外,氮化铝还耐高温,耐腐蚀,不为多种熔融金属和融盐所浸润,因此,可用作高级耐火材料和坩埚材料,也可用作防腐蚀涂层,如腐蚀性物质的容器和处理器的里衬等。氮化铝粉末还可作为添加剂加入各种金属或非金属中来改善这些材料的性能。高纯度的氮化铝陶瓷呈透明状,可用作电子光学器件。氮化铝还具有优良的耐磨耗性能,可用作研磨材料和耐磨损零件。杭州纳米氮化铝生产商氮化铝一般难以烧结致密,使用添加剂可以在较低温度产生液相,润湿晶粒,从而达到致密化。
高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方式、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。放电等离子烧结是20世纪90年代发展并成熟的一种烧结技术,它利用脉冲大电流直接施加于模具和样品上,产生体加热使被烧结样品快速升温;同时,脉冲电流引起颗粒间的放电效应,可净化颗粒表面,实现快速烧结,有效地抑制颗粒长大。使用SPS技术能够在较低温度下进行烧结,且升温速度快,烧结时间短。微波烧结是利用特殊频段的电磁波与介质的相互耦合产生介电损耗,使坯体整体加热的烧结方法。微波同时提高了粉末颗粒活性,加速物质的传递。微波烧结也是一种快速烧结法,同样可保证样品安全卫生无污染。虽然机理与放电等离子体烧结有所不同,但是两者都能实现整体加热,才能极大地缩短烧结周期,所得陶瓷晶体细小均匀。
烧结是指陶瓷粉体经压力压制后形成的素坯在高温下的致密化过程,在烧结温度下陶瓷粉末颗粒相互键联,晶粒长大,晶界和坯体内空隙逐渐减少,坯体体积收缩,致密度增大,直至形成具有一定强度的多晶烧结体。氮化铝作为共价键化合物,难以进行固相烧结。通常采用液相烧结机制,即向氮化铝原料粉末中加入能够生成液相的烧结助剂,并通过溶解产生液相,促进烧结。AlN烧结动力:粉末的比表面能、晶格缺陷、固液相之间的毛细力等。要制备高热导率的AlN陶瓷,在烧结工艺中必须解决两个问题:是要提高材料的致密度,第二是在高温烧结时,要尽量避免氧原子溶入的晶格中。氮化铝粉体的制备工艺主要有直接氮化法和碳热还原法。
氮化铝因其相对优异的导热性和无毒性质而成为很常用的材料。它具有非常高的导热性和出色的电绝缘性能的非常有趣的组合。这使得氮化铝注定用于电力和微电子应用。例如,它在半导体中用作电路载体(基板)或在 LED 照明技术或大功率电子设备中用作散热器。氮化铝耐熔融铝、镓、铁、镍、钼、硅和硼。氮化铝可以金属化、电镀和钎焊。它也是一种良好的电绝缘体,如果需要,可以很容易地进行金属化。出于这个原因,该材料通常用作散热器或其他需要快速散热的应用。氮化铝可以形成大的形状,也很容易作为薄基板获得。氮化铝主要用于电子领域,特别是当散热是一项重要功能时。高导热性和出色的电绝缘性使氮化铝适用于各种极端环境,尤其适用于要求苛刻的电气应用。氮化铝的特性是高导热性、高电绝缘能力和低热膨胀。氮化铝是一种很有前途的高功率集成电路基片和包装材料。杭州纳米氮化铝生产商
氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望。杭州纳米氮化铝生产商
氮化铝(AlN)是一种六方纤锌矿结构的共价键化合物,晶格参数为a=3.114,c=4.986。纯氮化铝呈蓝白色,通常为灰色或灰白色,是典型的III-Ⅴ族宽禁带半导体材料。氮化铝(AlN)具有度、高体积电阻率、高绝缘耐压、热膨胀系数、与硅匹配好等特性,不但用作结构陶瓷的烧结助剂或增强相,尤其是在近年来大火的陶瓷电子基板和封装材料领域,其性能远超氧化铝。与其它几种陶瓷材料相比较,氮化铝陶瓷综合性能优良,非常适用于半导体基片和结构封装材料,在电子工业中的应用潜力非常巨大。理论上AlN热导率可达320W·m-1·K-1,但由于AlN中的杂质和缺陷造成实际产品的热导率还不到200W·m-1·K-1。这主要是由于晶体内的结构基元都不可能有完全严格的均匀分布,总是存在稀疏稠密的不同区域,所以载流声子在传播过程中,总会受到干扰和散射。杭州纳米氮化铝生产商