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。氮化铝的价格高居不下,每公斤上千元的价格也在一定程度上限制了它的应用。上海导热氮化硼价格
陶瓷线路板的耐热循环性能是其可靠性关键参数之一。本文对陶瓷基板在反复周期性加热过程中发生的变形情况进行了研究。通过实验发现,陶瓷覆铜板在周期性加热过程中,存在类似金属材料在周期载荷作用下出现的棘轮效应和包辛格效应。结合ANSYS有限元计算结果,可以推断,陶瓷线路板的失效开裂与金属层的塑性变形或位错运动直接相关。另外,活性金属钎焊陶瓷基板的结构稳定性优于直接覆铜陶瓷基板。随着功率器件工作电压、电流的增加和芯片尺寸不断减小,芯片功率密度急剧增加,对芯片的散热封装的可靠性提出了更高挑战。传统柔性基板或金属基板已满足不了第三代半导体模块高功率、高散热的要求,陶瓷基板具有良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数,是功率电子器件中关键基础材料。陶瓷基板由金属线路层和陶瓷层组成,由于陶瓷和金属之间存在较大的热膨胀差异,使用过程中产生的热应力会造成基板开裂失效,因此,对陶瓷基板耐热循环可靠性研究具有重要意义。上海导热氮化硼价格氮化铝有较高的传热能力,至使氮化铝被大量应用于微电子学。
AlN自扩散系数小难以烧结,一般采用添加碱土金属化合物及稀土镧系化合物,通过液相烧结实现烧结致密化。烧结助剂能在烧结初期和中期明显促进AlN陶瓷烧结,并且在烧结的后期从陶瓷材料中部分挥发,从而制备纯度及致密化程度都较高的AlN陶瓷材料及制品。在此过程中,助烧剂的种类、添加方式、添加量等均会对AlN陶瓷材料及制品的结构与性能产生明显程度的影响。选择AlN陶瓷烧结助剂应遵循以下原则:能在较低的温度下与AlN颗粒表面的氧化铝发生共熔,产生液相,这样才能降低烧结温度;产生的液相对AlN颗粒有良好的浸润性,才能有效起到烧结助剂作用;烧结助剂与氧化铝有较强的结合能力,以除去杂质氧,净化AlN晶界;液相的流动性好,在烧结后期AlN晶粒生长过程中向三角晶界流动,而不至于形成AlN晶粒间的热阻层;烧结助剂很好不与AlN发生反应,否则既容易产生晶格缺陷,又难于形成多面体形态的AlN完整晶形。
氮化铝陶瓷的制备技术:注射成型被国际上誉为“当今很热门的零部件成形技术”。陶瓷注射成型是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备复杂形状的陶瓷零部件的新兴工艺。相对于传统成型工艺,它的优点主要包括:机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯体强度高;成型的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度;成型产品烧结体性能优越且一致性较好;可近净尺寸成型各种复杂形状,很少甚至无需进行机械加工后处理。需要注意的是,由注射成型得到的制品,其脱脂是一个尤为重要的阶段,因为绝大多数的缺陷都在脱脂阶段形成,如裂纹、气孔、变形、鼓泡等情况,并且在脱脂过程中产生的缺陷无法通过后期的烧结来弥补,所以在某种程度上脱脂决定了很终产品质量。由于注射成型坯体中有机物含量较高,脱脂过快会导致很多缺陷的发生。因此,脱脂工艺优化是注射成型工艺中的一大难题和研究重点。结晶氮化铝易潮解,在湿空气中水解生成氯化氢白色烟雾。
氮化铝粉体制备技术发展趋势:AlN粉体作为一种性能优异的粉体原料,国内外研究者通过不断的科技创新来解决现有工艺存在的技术问题,同时也在不断探索新的、更高效的制备技术。在微米级AlN粉体合成方面,目前很主要的工艺仍是碳热还原法和直接氮化法,这两种工艺具有技术成熟、设备简单、得到产品质量好等特点,已在工业中得到大规模应用。获得更高纯度、粒度可控、形貌均匀分散的高性能粉体是AlN制备技术的发展方向,针对不同应用领域应开发多种规格的粉体,以满足导热陶瓷基板、AlN单晶半导体、高纯靶材、导热填料等领域对AlN粉体原料的要求。同时,在生产中也需要对现有技术及装备进行不断优化,进一步提高产品的批次稳定性,增加产出效率,降低生产成本。利用氮化铝陶瓷能耐铁、铝等金属和合金的溶蚀性能,可用作Al、Cu等金属熔炼的坩埚和浇铸模具材料。上海导热氮化硼价格
若能以较低的成本制备出氮化铝粉末,将会提高其商品化程度。上海导热氮化硼价格
薄膜法是通过真空镀膜技术在AlN基板表面实现金属化。通常采用的真空镀膜技术有离子镀、真空蒸镀、溅射镀膜等。但金属和陶瓷是两种物理化学性质完全不同的材料,直接在陶瓷基板表面进行金属化得到的金属化层的附着力不高,并且陶瓷基板与金属的热膨胀系数不匹配,在工作时会受到较大的热应力。为了提高金属化层的附着力和减小陶瓷与金属的热应力,陶瓷基板一般采用多层金属结构。直接覆铜法(DBC)是一种基于陶瓷基板发展起来的陶瓷表面金属化方法,基本原理是:在弱氧化环境中,与陶瓷表面连接的金属铜表面会被氧化形成一层Cu[O]共晶液相,该液相对互相接触的金属铜和陶瓷基板表面都具有良好润湿效果,并在界面处形成CuAlO2等化合物使金属铜能够牢固的敖接在陶瓷表面,实现陶瓷表面的金属化。而AlN基板具有较强的共价键,金属铜直接覆着在其表面的附着力不高,因此必须进行预处理来改善其与Cu的附着力。一般先对其表面进行氧化,生成一层薄Al2O3,通过该氧化层来实现与金属铜的连接。上海导热氮化硼价格
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