AlN陶瓷基片的烧结工艺:烧结助剂及其添加方式,烧结助剂主要有两方面的作用:一方面形成低熔点物相,实现液相烧结,降低烧结温度,促进坯体致密化;另一方面,高热导率是AlN基板的重要性能,而实际AlN基板中由于存在氧杂质等各种缺陷,热导率低于其理论值,加入烧结助剂可以与氧反应,使晶格完整化,进而提高热导率。常用的烧结助剂主要是以碱土金属和稀土元素的化合物为主,单元烧结助剂烧结能力往往很有限,通常要配合1800℃以上烧结温度、较长烧结时间及较多含量的烧结助剂等条件。烧结过程中如果只采用一种烧结助剂,所需要的烧结温度难以降低,生产成本较高。二元或多元烧结助剂各成分间相互促进,往往会得到更加明显的烧结效果。目前,助烧剂引入的方式一般有2种,一种是直接添加,另一种是以可溶性硝酸盐形式制成前驱体原位生成烧结助剂。后者所生成的烧结助剂组元分布更为均匀,颗粒更为细小,比表面能更大。氮化铝具有高绝缘耐压、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。嘉兴绝缘氮化铝粉体
氮化铝因其相对优异的导热性和无毒性质而成为很常用的材料。它具有非常高的导热性和出色的电绝缘性能的非常有趣的组合。这使得氮化铝注定用于电力和微电子应用。例如,它在半导体中用作电路载体(基板)或在 LED 照明技术或大功率电子设备中用作散热器。氮化铝耐熔融铝、镓、铁、镍、钼、硅和硼。氮化铝可以金属化、电镀和钎焊。它也是一种良好的电绝缘体,如果需要,可以很容易地进行金属化。出于这个原因,该材料通常用作散热器或其他需要快速散热的应用。氮化铝可以形成大的形状,也很容易作为薄基板获得。氮化铝主要用于电子领域,特别是当散热是一项重要功能时。高导热性和出色的电绝缘性使氮化铝适用于各种极端环境,尤其适用于要求苛刻的电气应用。氮化铝的特性是高导热性、高电绝缘能力和低热膨胀。嘉兴绝缘氮化铝粉体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。
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。
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。氮化铝薄膜用于薄膜器件的介质和耐磨、耐热、散热好的镀层。
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。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。嘉兴绝缘氮化铝粉体
氮化铝陶瓷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。嘉兴绝缘氮化铝粉体
氮化铝膜是指用气相沉积、液相沉积、表面转化或其它表面技术制备的氮化铝覆盖层 。氮化铝膜在微电子和光电子器件、衬底材料、绝缘层材料、封装材料上有着十分广阔的应用前景。由于它的声表面波速度高,具有压电性,可用作声表面波器件。此外,氮化铝还具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能,可用作防护膜。氮化铝膜很早用化学气相沉积(CVI)制备,其沉积温度高达1000摄氏度以上。后来,通过采用等离子体增强化学气相沉积,或用物相沉积((PVD)方法,其沉积温度逐步降到500摄氏度以下、甚至可以在接近室温条件下沉积。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。此外,也曾沉积出非晶氮化铝膜。嘉兴绝缘氮化铝粉体
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