氮化鋁基板具有極高的熱導率,無毒、耐腐蝕、耐高溫,熱化學穩定性好等特點。氮化鋁陶瓷基板是大規模集成電路,半導體模塊電路和大功率器件的理想封裝材料、散熱材料、電路元件及互連線承載體。同時也是提高高分子材料熱導率和力學性能的很佳添加料,目前在新能源汽車方面應用較廣。隨著智能汽車的電子化程度越來越高,集成電路所占的成本比例將越來越高,擴大氮化鋁基板的應用場景及需求。傳統的IGBT模塊中,氧化鋁精密陶瓷基板是很常用的精密陶瓷基板。但由于氧化鋁精密陶瓷基片相對低的熱導率、與硅的熱膨脹系數匹配不好,并不適合作為高功率模塊封裝材料。氮化鋁精密陶瓷基板在熱特性方面具有非常高的熱導率,散熱快;在應力方面,熱膨脹系數與硅接近,整個模塊內部應力較低;又具有無氧銅的高導電性和優異的焊接性能,是IGBT模塊封裝的關鍵基礎材料。提高了高壓IGBT模塊的可靠性。這些優異的性能都使得氮化鋁覆銅板成為高壓IGBT模塊封裝的。提高氮化鋁粉末的純度,理想的氮化鋁粉料應含適量的氧。臺州陶瓷氮化鋁生產商
采用小粒徑氮化鋁粉:氮化鋁燒結過程的驅動力為表面能,顆粒細小的AlN粉體能夠增強燒結活性,增加燒結推動力從而加速燒結過程。研究證實,當氮化鋁原始粉料的起始粒徑細小20倍后,陶瓷的燒結速率將增加147倍。燒結原料應選擇粒徑小且分布均勻的氮化鋁粉,可防止二次再結晶,內部的大顆粒易發生晶粒異常生長而不利于致密化燒結;若顆粒分布不均勻,在燒結過程中容易發生個別晶體異常長大而影響燒結。此外,氮化鋁陶瓷的燒結機理有時也受原始粉末粒度的影響。微米級的氮化鋁粉體按體積擴散機理進行燒結,而納米級的粉體則按晶界擴散或者表面擴散機理進行燒結。但目前而言,細小均勻的氮化鋁粉體制備很困難,大多通過濕化學法結合碳熱還原法制備,不但燒結工藝復雜,而且耗能多多規模的推廣應用仍舊有一定的限制。國內在小粒徑高性能氮化鋁粉的供應上,仍十分稀缺。廣州電絕緣氧化鋁生產商粘結劑是氮化鋁陶瓷粉末的載體,決定了喂料注射成形的流變性能和注射性能。
氮化鋁粉體的制備工藝:碳熱還原法:碳熱還原法就是將混合均勻的Al2O3和C在N2氣氛中加熱,首先Al2O3被還原,所得產物Al再與N2反應生成AlN,其化學反應式為:Al2O3(s)+3C(s)+N2(g)→2AlN(s)+3CO(g);其優點是原料豐富,工藝簡單;粉體純度高,粒徑小且分布均勻。其缺點是合成時間長,氮化溫度較高,反應后還需對過量的碳進行除碳處理,導致生產成本較高。高能球磨法:高能球磨法是指在氮氣或氨氣氣氛下,利用球磨機的轉動或振動,使硬質球對氧化鋁或鋁粉等原料進行強烈的撞擊、研磨和攪拌,從而直接氮化生成氮化鋁粉體的方法。其優點是:高能球磨法具有設備簡單、工藝流程短、生產效率高等優點。其缺點是:氮化難以完全,且在球磨過程中容易引入雜質,導致粉體的質量較低。
機械連接法的特點是采取合理的結構設計將AlN基板與金屬連接在一起,主要有熱套連接和螺栓連接兩種。機械連接方法具有工藝簡單,可行性好等特點,但它常常會產生應力集中,并且不適用于高溫環境。厚膜法是通過絲網印刷在AlN基板表面涂刷一層導體漿料,經燒結形成引線接點及電路。厚膜導體漿料一般由導電金屬粉末(Au、Ag、Cu等,粒度為1-5μm)、玻璃粘結劑和有機載體(包括表面活性劑、有機溶劑和增稠劑等)經混合球磨而成。其中導電金屬粉末決定了漿料成膜后的電學性能和機械性能,玻璃粘結劑的作用是粘結導電金屬粉末與基體材料并決定了兩者之的粘結強度,有機載體作為溶劑將金屬粉末與粘結劑混合在一起。大多數氮化鋁膜為多晶,但已在藍寶石基材上成功地外延生長制成單晶氮化鋁膜。
納米氮化鋁粉體主要用途:導熱塑料中的應用:納米氮化鋁粉體可以大幅度提高塑料的導熱率。通過實驗產品以5-10%的比例添加到塑料中,可以使塑料的導熱率從原來的0.3提高到5。導熱率提高了1l6倍多。相比較目前市場上的導熱填料(氧化鋁或哦氧化鎂等)具有添加量低,對制品的機械性能有提高作用,導熱效果提高更明顯等特點。目前相關應用廠家已經大規模采購納米氮化鋁粉體,新型的納米導熱塑料將投放市場。高導熱硅橡膠的應用:與硅匹配性能好,在橡膠中容易分散,在不影響橡膠的機械性能的前提下(實驗證明對橡膠的機械性能還有提高作用)可大幅度提升硅橡膠的導熱率,在添加過程中不象氧化物等使黏度上升很快,添加量很小(根據導熱要求一般在5%左右就可以使導熱率提高50%-70%),現較廣應用與,航空以及信息工程中。結晶氮化鋁易潮解,在濕空氣中水解生成氯化氫白色煙霧。廣州微米氮化硼廠家
環氧樹脂作為一種有著很好的化學性能和力學穩定性的高分子材料,它固化方便,收縮率低。臺州陶瓷氮化鋁生產商
AlN陶瓷基片的燒結工藝:燒結助劑及其添加方式,燒結助劑主要有兩方面的作用:一方面形成低熔點物相,實現液相燒結,降低燒結溫度,促進坯體致密化;另一方面,高熱導率是AlN基板的重要性能,而實際AlN基板中由于存在氧雜質等各種缺陷,熱導率低于其理論值,加入燒結助劑可以與氧反應,使晶格完整化,進而提高熱導率。常用的燒結助劑主要是以堿土金屬和稀土元素的化合物為主,單元燒結助劑燒結能力往往很有限,通常要配合1800℃以上燒結溫度、較長燒結時間及較多含量的燒結助劑等條件。燒結過程中如果只采用一種燒結助劑,所需要的燒結溫度難以降低,生產成本較高。二元或多元燒結助劑各成分間相互促進,往往會得到更加明顯的燒結效果。目前,助燒劑引入的方式一般有2種,一種是直接添加,另一種是以可溶性硝酸鹽形式制成前驅體原位生成燒結助劑。后者所生成的燒結助劑組元分布更為均勻,顆粒更為細小,比表面能更大。臺州陶瓷氮化鋁生產商
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