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。氮化铝很高可稳定到2200℃,室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。温州导热氮化硼厂家
氮化铝粉体的制备工艺主要有直接氮化法和碳热还原法,此外还有自蔓延合成法、高能球磨法、原位自反应合成法、等离子化学合成法及化学气相沉淀法等。直接氮化法:直接氮化法就是在高温的氮气气氛中,铝粉直接与氮气化合生成氮化铝粉体,其化学反应式为2Al(s)+N2(g)→2AlN(s),反应温度在800℃-1200℃。其优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。其缺点是铝粉表面有氮化物产生,导致氮气不能渗透,转化率低;反应速度快,反应过程难以控制;反应释放出的热量会导致粉体产生自烧结而形成团聚,从而使得粉体颗粒粗化,后期需要球磨粉碎,会掺入杂质。温州导热氮化硼厂家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 。
环氧树脂/AlN复合材料:作为封装材料,需要良好的导热散热能力,且这种要求愈发严苛。环氧树脂作为一种有着很好的化学性能和力学稳定性的高分子材料,它固化方便,收缩率低,但导热能力不高。通过将导热能力优异的AlN纳米颗粒添加到环氧树脂中,可有效提高材料的热导率和强度。TiN/AlN复合材料:TiN具有高熔点、硬度大、跟金属同等数量级的导电导热性以及耐腐蚀等优良性质。在AlN基体中添加少量TiN,根据导电渗流理论,当掺杂量达到一定阈值,在晶体中形成导电通路,可以明显调节AlN烧结体的体积电阻率,使之降低2~4个数量级。而且两种材料所制备的复合陶瓷材料具有双方各自的优势,高硬度且耐磨,也可以用作高级研磨材料。
AIN氮化铝陶瓷作为一种综合性能优良的新型陶瓷材料,因其氮化铝陶瓷具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数等一系列优良特性,被认为是新一代高集成度半导体基片和电子器件封装的理想材料。氮化铝陶瓷可做成氮化铝陶瓷基板,被较广应用到散热需求较高的领域,比如大功率LED模组,半导体等领域。高性能氮化铝粉体是制备高热导率氮化铝陶瓷基片的关键,目前国外氮化铝粉制造工艺已经相当成熟,商品化程度也很高。但掌握高性能氮化铝粉生产技术的厂家并不多,主要分布在日本、德国和美国。氮化铝粉末作为制备陶瓷成品的原料,其纯度、粒度、氧含量以及其它杂质的含量都对后续成品的热导性能、后续烧结,成型工艺有重要影响,是很终成品性能优异与否的基石。在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中,氮化硅陶瓷抗弯强度很高,耐磨性好。
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。纯净的AlN陶瓷可以用作透明陶瓷制造电子光学器件装备的高温红外窗口和整流罩的耐热涂层。台州单晶氮化铝粉体商家
氮化铝陶瓷基板作为一种新型陶瓷基板。温州导热氮化硼厂家
流延成型的体系,有机流延体系和水基流延体系。有机流延体系所用到的添加剂的成分均有毒,对绿色生产提出了很大的挑战。近年来,研究者一直致力于寻找添加剂毒性小的流延成型方法。郭坚等以无水乙醇和异丙醇为混合溶剂,利用流延成型制备AlN生坯,烧结后得到AlN陶瓷的热导率为178 W/(m·K)。水基流延体系因为其绿色环保等特点,成为流延成型发展趋势。但其在成型后需要对陶瓷生坯进行干燥,目前干燥技术还有待进一步完善。相对而言,流延成型的生产效率高,产品质量高,但此种方法存在的局限性是只能成型简单外形的陶瓷生坯,无法满足复杂外形的陶瓷生坯成型要求。近年来,随着微电子技术的飞速发展,大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异形封装和散热器件的需求正在每年成倍增加,因而需要越来越多的微型、复杂形状高导热AlN陶瓷零部件,但是传统的加工方法很难制备出形状和尺寸精度满足需要的零部件。于是,另一种成型方法——粉末注射成型获得越来越多的关注。温州导热氮化硼厂家
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