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。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。衢州单晶氮化铝粉体商家
氮化铝材料有陶瓷型和薄膜型两种。氮化铝热导率高、绝缘性能好电阻率高达4x lUfs7,"cm.,热膨胀系数小(2.55一3.8U; x i0一“K一‘,化学性能稳定,在innU℃时才与空气发生氧化。在真空中可稳定到ISUU}}。致密型氮化铝是抗水的,几乎不与浓无机酸发生反应。密度为3.26gIcm3,熔点24UU C'弹性模量为3U( -- 31 f7C}Pa,抗弯强度为2sa一350MPa ,莫氏硬度为g.A1N陶瓷用粉末冶金法制得』氮化铝薄膜用反应溅射法制得。AlU陶瓷片川于大功率半导体集成电路和大功率的厚模电路,AIN薄膜用于薄膜器件的介质和耐磨、耐热、散热好的镀层。台州超细氮化硼厂家直销结晶氮化铝易潮解,在湿空气中水解生成氯化氢白色烟雾。
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。
氮化铝陶瓷的应用:氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造价高,只能用于磨损严重的部位.利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作GaAs晶体坩埚、Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件,利用其光学性能可作红外线窗口。氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。AIN新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。 利用此特性,可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。AIN陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中较广应用。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。
脱脂体中的残留碳被除去,以得到具有理想煅烧体组织和热导率的氮化铝煅烧体。如果炉内压力超过150Pa,则不能充分地除去碳,如果温度超过1500℃进行加热,氮化铝晶粒将会有致密化的趋势,碳的扩散路径将会被闭合,因此不能充分的除去碳。此处,如果在炉内压力0.4MPa以上的加压气氛下进行煅烧,则液相化的煅烧助剂不易挥发,能有效的预制氮化铝晶粒的空隙产生,能有效的提高氮化铝基板的绝缘特性;如果煅烧温度不足1700℃,则由于氮化铝的晶粒的粒子生长不充分而无法得到致密的的煅烧体组织,导致基板的导热率下降,;另一方面,如果煅烧温度超过1900℃,则氮化铝晶粒过度长大,导致氧化铝晶粒间的空隙增大,从而导致氮化铝基板的绝缘性下降。一般而言,氮化铝晶粒的平均粒径在2μm到5μm之间可以有较好的热导率及机械强度。晶粒过小,致密度下降,则导热率下降;晶粒过大,则氮化铝晶粒间隙增大,从而存在绝缘性、机械强度下降的情况。此处,非氧化性气氛是指不含氧等氧化性气体的惰性气氛,还原气氛等。陶瓷注射成型技术在制备复杂小部件方面有着其不可比拟的独特优势。广州微米氮化铝哪家好
氮化铝陶瓷基板作为一种新型陶瓷基板。衢州单晶氮化铝粉体商家
氮化铝陶瓷微观结构对热导率的影响:在实际应用中,常在AlN中加入各种烧结助剂来降低AlN陶瓷的烧结温度,与此同时在氮化铝晶格中也引入了第二相,致使热传导过程中声子发生散射导致热导率下降。添加烧结助剂引入的第二相会出现几种情况:从分布形式来看,可分为孤岛状和连续分布在晶界处;从分布位置来看,可分为分布在晶界三角处和晶界其他处。连续分布的晶粒可为声子提供了更直接的通道,直接接触AlN晶粒比孤立分布的AlN晶粒具有更高的热导率,所以第二相是连续分布的更好;分布于晶界三角处的AlN陶瓷在热传导过程中产生的干扰散射较少,而且能够使AlN晶粒间保持接触,故而第二相分布在晶界三角处更好。此外,晶界相若分布不均匀,会导致大量的气孔存在,阻碍声子的散射,导致AlN的热导率下降,晶界含量、晶界大小以及气孔率对热导率的表现也有一定的影响。因此,在AlN陶瓷的烧结过程中,可以通过改善烧结工艺的途径,如提高烧结温度、延长保温时间、热处理等,改善晶体内部缺陷,尽可能使第二相连续分布以及位于三叉晶界处,从而提高氮化铝陶瓷的热导率。衢州单晶氮化铝粉体商家