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。提高氮化铝陶瓷热导率的途径:加入适当的烧结助剂,可促进氮化铝陶瓷致密化。宁波纳米氮化硼厂家
氮化铝粉体的制备工艺:原位自反应合成法:原位自反应合成法的原理与直接氮化法的原理基本类同,以铝及其它金属形成的合金为原料,合金中其它金属先在高温下熔出,与氮气发生反应生成金属氮化物,继而金属Al取代氮化物的金属,生产AlN。其优点是工艺简单、原料丰富、反应温度低,合成粉体的氧杂质含量低。其缺点是金属杂质难以分离,导致其绝缘性能较低。等离子化学合成法:等离子化学合成法是使用直流电弧等离子发生器或高频等离子发生器,将Al粉输送到等离子火焰区内,在火焰高温区内,粉末立即融化挥发,与氮离子迅速化合而成为AlN粉体。其优点是团聚少、粒径小。其缺点是该方法为非定态反应,只能小批量处理,难于实现工业化生产,且其氧含量高、所需设备复杂和反应不完全。东莞耐温氮化硼商家氮化铝陶瓷作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。
氮化铝陶瓷因具有高热导率、低膨胀系数、度、耐腐蚀、电性能优、光传输性好等优异特性,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。随着我国电子信息产业蓬勃发展,电子设备仪器的小型轻量化,以及混合集成度大幅提高,对散热基板的导热性能要求越来越高,氮化铝陶瓷的热导率较氧化铝陶瓷高5倍以上,膨胀系数低,与硅芯片的匹配性更好,因此在大功率器件等领域,已逐渐取代氧化铝基板,成为市场主流。但氮化铝陶瓷基板行业进入技术壁垒高,全球市场中,具有量产能力的企业主要集中在日本,日本企业在国际氮化铝陶瓷基板市场中处于垄断地位,此外,中国台湾地区也有部分产能。而随着国内市场对氮化铝陶瓷基板的需求快速上升,在市场的拉动下,进入行业布局的企业开始增多,但现阶段我国拥有量产能力的企业数量依然极少。
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。环氧树脂作为一种有着很好的化学性能和力学稳定性的高分子材料,它固化方便,收缩率低,但导热能力不高。通过将导热能力优异的AlN纳米颗粒添加到环氧树脂中,可有效提高材料的热导率和强度。TiN/AlN复合材料:TiN具有高熔点、硬度大、跟金属同等数量级的导电导热性以及耐腐蚀等优良性质。在AlN基体中添加少量TiN,根据导电渗流理论,当掺杂量达到一定阈值,在晶体中形成导电通路,可以明显调节AlN烧结体的体积电阻率,使之降低2~4个数量级。而且两种材料所制备的复合陶瓷材料具有双方各自的优势,高硬度且耐磨,也可以用作高级研磨材料。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。
活性金属钎焊法是在普通钎料中加入一些化学性质较为活泼的过渡元素如:Ti、Zr、Al、Nb、V等。一定温度下,这些活泼元素会与陶瓷基板在界面处发生化学反应,形成反应过渡层,如图7所示。反应过渡层的主要产物是一些金属间化合物,并具有与金属相同的结构,因此可以被熔化的金属润湿。共烧法是通过丝网印刷工艺在AlN陶瓷生片表面涂刷一层难熔金属(Mo、W等)的厚膜浆料,一起脱脂烧成,使导电金属与AlN陶瓷烧成为一体结构。共烧法根据烧结温度的高低可分为低温共烧(LTCC)和高温共烧(HTCC)两种方式,低温共烧基板的烧结温度一般为800-900℃,而高温共烧基板的烧结温度为1600-1900℃。烧结后,为了便于芯片引线键合及焊接,还需在金属陶瓷复合体的金属位置镀上一层Sn或Ni等熔点较低的金属。氮化铝的应用:应用于衬底材料,AlN晶体是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想衬底。东莞耐温氮化硼商家
氧化铍虽然有优良的性能,但其粉末有剧毒。宁波纳米氮化硼厂家
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。宁波纳米氮化硼厂家
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