熱處理工藝優(yōu)化：進(jìn)一步提升氮化鋁陶瓷基板導(dǎo)熱率

文章出處：常見問題責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2024-12-28

　　氮化鋁(AlN)理論導(dǎo)熱率高達(dá)320W/(m·K)，然而，市面上流通的AlN陶瓷基板的熱導(dǎo)率普遍在150-180W/(m·K)之間，這與理論值相去甚遠(yuǎn)。這一現(xiàn)狀揭示了AlN陶瓷基板在導(dǎo)熱性能上的巨大提升潛力。隨著功率電子器件封裝技術(shù)的快速發(fā)展，提高AlN陶瓷基板的熱導(dǎo)率已成為行業(yè)內(nèi)的緊迫課題。以下將探討如何通過優(yōu)化制備工藝來有效提高AlN陶瓷基板的熱導(dǎo)率。
AlN陶瓷基板的制備流程主要包括流延法成型、常壓燒結(jié)以及熱處理等環(huán)節(jié)。通過選擇優(yōu)質(zhì)原材料、精確的制備工藝和優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，可以有效克服影響熱導(dǎo)率的多種不利因素，從而顯著提升AlN陶瓷基板的熱導(dǎo)率及其強(qiáng)度。
采用高純度、超細(xì)氮化鋁AlN粉體

AlN漿料的流延成型質(zhì)量與AlN粉末的形狀和粒徑分布緊密相關(guān)。理想的AlN粉末應(yīng)具有高球形度和狹窄的單峰粒徑分布。

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AlN粉末的粒度、比表面積以及雜質(zhì)元素含量，特別是氧雜質(zhì)，對制備高導(dǎo)熱AlN陶瓷至關(guān)重要。使用高品質(zhì)的AlN粉末并精心挑選燒結(jié)助劑，可以降低AlN陶瓷中的氧雜質(zhì)含量，進(jìn)而提高熱導(dǎo)率。氮化鋁粉末的粒度越均勻，燒結(jié)后的AlN陶瓷晶粒尺寸分布也越一致，有利于提高熱導(dǎo)率。此外，選用耐水解的氮化鋁粉末，如東超新材提供的耐水解氮化鋁，是提升AlN陶瓷基板性能的理想選擇。
精心選擇燒結(jié)助劑
氮化鋁AlN作為強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，其燒結(jié)活性較低。因此，通常需要添加堿土金屬化合物和稀土鑭系化合物作為燒結(jié)助劑，以促進(jìn)AlN陶瓷的致密化。
燒結(jié)助劑的作用在于：（1）在高溫下與AlN粉末表面的Al2O3反應(yīng)，形成液相，促進(jìn)燒結(jié)；（2）促進(jìn)雜質(zhì)氧原子向晶界擴(kuò)散，降低晶格氧含量，減少晶格缺陷，提高熱導(dǎo)率。
在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行排膠處理
氮?dú)獗Ｗo(hù)下的排膠是AlN生坯制備的標(biāo)準(zhǔn)步驟。排膠過程中，使用高純氮?dú)庾鳛闅夥?，防止AlN生坯氧化。排膠后留下的碳?xì)埩粲兄谶€原晶界氧化物，降低氧雜質(zhì)含量，提升熱導(dǎo)率。適量添加碳（如0.5%）可提高熱導(dǎo)率，但過量（超過1%）會導(dǎo)致密度下降和熱導(dǎo)率降低。
高溫?zé)Y(jié)工藝優(yōu)化
高溫?zé)Y(jié)結(jié)合高溫?zé)崽幚硎翘嵘鼳lN陶瓷性能的關(guān)鍵。AlN陶瓷的燒結(jié)通常在非氧化性氣氛中進(jìn)行，如N2氣氛。緩慢升溫有助于排除黏結(jié)劑，提高致密度。緩慢冷卻則有助于熔體在晶界處收縮，促進(jìn)晶界相晶化，提高熱導(dǎo)率和強(qiáng)度。
熱處理工藝的優(yōu)化
燒結(jié)后的AlN陶瓷需進(jìn)行等溫退火熱處理，以促進(jìn)晶界相重新熔融并向表面遷移，減少晶界相含量，優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，提升熱導(dǎo)率。
總結(jié)而言，提高AlN陶瓷基板的熱導(dǎo)率是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向。隨著市場需求的不斷增長，預(yù)計(jì)未來將會有更多的研究和技術(shù)創(chuàng)新投入到這一領(lǐng)域，以滿足高性能AlN陶瓷基板的市場需求。

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