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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。

?氮化鋁粉體,氮化鋁導(dǎo)熱粉,氮化鋁陶瓷粉,陶瓷基板用氮化鋁

       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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