氮化铝陶瓷具有优良的绝缘性、导热性、耐高温性、耐腐蚀性以及与硅的热膨胀系数相匹配等优点,成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。成型工艺是陶瓷制备的关键技术,是提高产品性能和降低生产成本的重要环节之一。随着工业技术的高速发展,传统的成型方法已难以满足人们对陶瓷材料在性能和形状方面的要求。陶瓷的湿法成型近年来成为研究的重点,因为湿法成型具有工艺简单、生产效率高、成本低和可制备复杂形状制品等优点,易于工业化推广。湿法成型包括流延成型、注浆成型、注射成型和注凝成型等。氮化铝粉体的制备工艺:高温自蔓延合成法:高温自蔓延合成法是直接氮化法的衍生方法。衢州绝缘氮化硼厂家
高电阻率、高热导率和低介电常数是电子封装用基片材料的很基本要求。封装用基片还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本等特点和一定的力学性能。陶瓷由于具有绝缘性能好、化学性质稳定、热导率高、高频特性好等优点,成为很常用的基片材料。常用的陶瓷基片材料有氧化铍、氧化铝、氮化铝等,其中氧化铝陶瓷基板的热导率低,热膨胀系数和硅不太匹配;氧化铍虽然有优良的性能,但其粉末有剧毒;而氮化铝陶瓷具有高热导率、好的抗热冲击性、高温下依然拥有良好的力学性能,被认为是很理想的基板材料。氮化铝陶瓷拥有高硬度和高温强度性能,可用作切割工具、砂轮和拉丝模以及制造工具材料、金属陶瓷材料的原料。还具有优良的耐磨损性能,可用作耐磨损零件,但由于造价高,只能用于磨损严重的部位。将某些易氧化的金属或非金属表面包覆AlN涂层,可以提高其抗氧化、耐磨的性能;也可以用作防腐蚀涂层,如腐蚀性物质的处理器和容器的衬里等。台州微米氮化硼供应商大多数氮化铝膜为多晶,但已在蓝宝石基材上成功地外延生长制成单晶氮化铝膜。
影响氮化铝陶瓷热导率的因素:影响氮化铝陶瓷热导率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、显微结构、粉体纯度等。氧含量及杂质:对于氮化铝陶瓷来说,由于它对氧的亲和作用强烈,氧杂质易于在烧结过程中扩散进入AlN晶格,与多种缺陷直接相关,是影响氮化铝热导率的很主要根源。在声子-缺陷的散射中,起主要作用的是杂质氧和氧化铝的存在,由于氮化铝易于水解和氧化,表面形成一层氧化铝膜,氧化铝溶入氮化铝晶格中产生铝空位。使得氮化铝晶格出现非谐性,影响声子散射,从而使氮化铝陶瓷热导率急剧降低。
氮化铝的热传导机理:热导率,也即导热系数,作为衡量物质导热能力的量度,是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物,其分子内部没有可自由移动的电子,因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的,这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大,温度低的部分能量小,能量通过声子之间互相作用,从高能量向低能量发生传递,能量的迁移导致热量的传导。可以看到,把晶格内部的原子看成小球,这些小球之间彼此由弹簧(共价键)连接起来,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子,即“声子”,声子相互作用使振动传递,从而使能量迁移,传导热量。高致密度是氮化铝陶瓷具有高热导率的前提。
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。由于铝和氮的原子序数小,氮化铝本身具有很高的热导率。台州微米氮化硼供应商
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致密度不高的材料热导率也不会高。为了获得高致密度的氮化铝陶瓷,一般采取的方法有:使用超细粉、改善烧结方式、引入烧结助剂等方法。因此,氮化铝粉体粒径的大小会直接影响到氮化铝陶瓷烧结的致密度。超细氮化铝粉体由于其高的比表面积,会在烧结的过程中增加烧结的推动力,加速烧结的过程。此外,粉体的尺寸变小也就意味着物质的扩散距离变短,高温下有利于液相物质的生成,极大地加强了流动传质作用。由于氮化铝自扩散系数小,烧结非常困难。只有使用纯度高的超细粉,才可以在烧结的过程中尽可能地减少气孔的出现,保持高致密度。因此,据中国粉体网编辑的了解,工业上一般要求超细氮化铝粉体的D50(即颗粒累积分布为50%的粒径)尺寸尽可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均匀。衢州绝缘氮化硼厂家
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