随着电子和光电行业蓬勃发展,电子产品的功能越发,同时体积也越来越小,使集成电路(IC)和电子系统在半导体工业上也朝向高集成密度以及高功能化的方向发展。目前,封装基板材料主要采用氧化铝陶瓷或高分子材料,但随着对电子零件的承载基板的要求越来越严格,它们的热导率并不能满足行业的需求,而AlN因具有良好的物理和化学性能逐步成了封装材料的首要选择。氮化铝陶瓷室温比较强度高,且不易受温度变化影响,同时热导率高(比氧化铝高5-8倍)且热膨胀系数低,所以耐热冲击好,能耐2200℃的极热,是一种优良的耐热冲材料及热交换材料,作为热交换材料,可望应用于燃气轮机的热交换器上。利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件。大连导热氮化硼品牌
氮化铝基板具有极高的热导率,无毒、耐腐蚀、耐高温,热化学稳定性好等特点。氮化铝陶瓷基板是大规模集成电路,半导体模块电路和大功率器件的理想封装材料、散热材料、电路元件及互连线承载体。同时也是提高高分子材料热导率和力学性能的很佳添加料,目前在新能源汽车方面应用较广。随着智能汽车的电子化程度越来越高,集成电路所占的成本比例将越来越高,扩大氮化铝基板的应用场景及需求。传统的IGBT模块中,氧化铝精密陶瓷基板是很常用的精密陶瓷基板。但由于氧化铝精密陶瓷基片相对低的热导率、与硅的热膨胀系数匹配不好,并不适合作为高功率模块封装材料。氮化铝精密陶瓷基板在热特性方面具有非常高的热导率,散热快;在应力方面,热膨胀系数与硅接近,整个模块内部应力较低;又具有无氧铜的高导电性和优异的焊接性能,是IGBT模块封装的关键基础材料。提高了高压IGBT模块的可靠性。这些优异的性能都使得氮化铝覆铜板成为高压IGBT模块封装的。上海导热氧化铝厂家复合材料,环氧树脂/AlN复合材料作为封装材料,需要良好的导热散热能力,且这种要求愈发严苛。
氮化铝选用高纯度且为微粉的“氮化铝粉末”,一般而言氧质量含量在1.2%以下,碳质量含量为0.04%以下,Fe含量为30ppm以下,Si含量为60ppm以下。氮化铝粉体的很大粒径很好控制在20μm以下的氮化铝粉末。此处,“氧”基本上属于杂质,但有防止过分煅烧的作用,因此为了防止煅烧导致的煅烧体强度下降优先选用氧质量含量在0.7%以上的氮化铝粉末。此外,在原料中常含有“煅烧助剂”,大多使用稀土金属化合物、碱土金属化合物、过渡金属化合物等。例如可选用氧化钇或氧化铝等,这些煅烧助剂与氮化铝粉体形成复合的氧化物液相,该液相带来煅烧体的高密度化,同时,提取氮化铝晶粒中属于杂质的氧,以结晶晶界的氧化物进行偏析,从而使氮化铝基板的导热率提高。
采用小粒径氮化铝粉:氮化铝烧结过程的驱动力为表面能,颗粒细小的AlN粉体能够增强烧结活性,增加烧结推动力从而加速烧结过程。研究证实,当氮化铝原始粉料的起始粒径细小20倍后,陶瓷的烧结速率将增加147倍。烧结原料应选择粒径小且分布均匀的氮化铝粉,可防止二次再结晶,内部的大颗粒易发生晶粒异常生长而不利于致密化烧结;若颗粒分布不均匀,在烧结过程中容易发生个别晶体异常长大而影响烧结。此外,氮化铝陶瓷的烧结机理有时也受原始粉末粒度的影响。微米级的氮化铝粉体按体积扩散机理进行烧结,而纳米级的粉体则按晶界扩散或者表面扩散机理进行烧结。但目前而言,细小均匀的氮化铝粉体制备很困难,大多通过湿化学法结合碳热还原法制备,不但烧结工艺复杂,而且耗能多多规模的推广应用仍旧有一定的限制。国内在小粒径高性能氮化铝粉的供应上,仍十分稀缺。氮化铝与氮化硅是目前很适合用作电子封装基片的材料,但他们也有个共同的问题就是价格过高。
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。氮化铝材料有陶瓷型和薄膜型两种。上海导热氧化铝厂家
氮化铝可通过氧化铝和碳的还原作用或直接氮化金属铝来制备。大连导热氮化硼品牌
氮化铝粉体的合成方法:直接氮化法:在高温氮气氛围中,铝粉直接与氮气化合生产氮化铝粉末,反应温度一般在800℃~1200℃。反应式为:2Al+N2→2AlN。该方法的缺点很明显,在反应初期,铝粉颗粒表面会逐渐生成氮化物膜,使氮气难以进一步渗透,阻碍氮气反应,致使产率较低;又由于铝和氮气之间的反应是强放热反应,速度很快,造成AlN粉体自烧结,形成团聚,使得粉体颗粒粗化。碳热还原法:将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末在高温下(1400℃~1800℃)的流动氮气中发生还原氮化反应生成AlN粉末。其反应式为:Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO。该方法的主要难点在于,对氧化铝和碳的原料要求比较高,原料难以混合均匀,氮化温度较高,合成时间较长,而且还需对过量的碳进行除碳处理,工艺复杂,制备成本较高。大连导热氮化硼品牌
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