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。凝胶流延成型和注凝成型,成为氮化铝陶瓷的主要生产方法,从而促进氮化铝陶瓷的推广与应用。台州高导热氮化铝商家
脱脂体中的残留碳被除去,以得到具有理想煅烧体组织和热导率的氮化铝煅烧体。如果炉内压力超过150Pa,则不能充分地除去碳,如果温度超过1500℃进行加热,氮化铝晶粒将会有致密化的趋势,碳的扩散路径将会被闭合,因此不能充分的除去碳。此处,如果在炉内压力0.4MPa以上的加压气氛下进行煅烧,则液相化的煅烧助剂不易挥发,能有效的预制氮化铝晶粒的空隙产生,能有效的提高氮化铝基板的绝缘特性;如果煅烧温度不足1700℃,则由于氮化铝的晶粒的粒子生长不充分而无法得到致密的的煅烧体组织,导致基板的导热率下降,;另一方面,如果煅烧温度超过1900℃,则氮化铝晶粒过度长大,导致氧化铝晶粒间的空隙增大,从而导致氮化铝基板的绝缘性下降。一般而言,氮化铝晶粒的平均粒径在2μm到5μm之间可以有较好的热导率及机械强度。晶粒过小,致密度下降,则导热率下降;晶粒过大,则氮化铝晶粒间隙增大,从而存在绝缘性、机械强度下降的情况。此处,非氧化性气氛是指不含氧等氧化性气体的惰性气氛,还原气氛等。台州高导热氮化铝商家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。
高导热氮化铝基片的烧结工艺重点包括烧结方式、烧结助剂的添加、烧结气氛的控制等。放电等离子烧结是20世纪90年代发展并成熟的一种烧结技术,它利用脉冲大电流直接施加于模具和样品上,产生体加热使被烧结样品快速升温;同时,脉冲电流引起颗粒间的放电效应,可净化颗粒表面,实现快速烧结,有效地抑制颗粒长大。使用SPS技术能够在较低温度下进行烧结,且升温速度快,烧结时间短。微波烧结是利用特殊频段的电磁波与介质的相互耦合产生介电损耗,使坯体整体加热的烧结方法。微波同时提高了粉末颗粒活性,加速物质的传递。微波烧结也是一种快速烧结法,同样可保证样品安全卫生无污染。虽然机理与放电等离子体烧结有所不同,但是两者都能实现整体加热,才能极大地缩短烧结周期,所得陶瓷晶体细小均匀。
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:选择合适的烧结工艺,热压烧结:热压烧结是指在机械压力和温度同时作用下,对粉料进行烧结获得致密块体的过程。热压烧结可以使加热烧结和加压成型同时进行。在高温下坯体持续受到压力作用,粉末原料处于热塑性状态,有利于物质的扩散和流动,并且外加压力抵消了形变阻力,促进了粉末颗粒之间的接触。热压烧结可以降低氮化铝陶瓷的烧结温度,而且不用烧结助剂也能使氮化铝烧结致密,且除氧能力强,但是缺点是设备昂贵,而且只能制备形状简单的样品。氮化铝的应用:应用于衬底材料,AlN晶体是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想衬底。
氮化铝陶瓷低温烧结助剂的选择:在烧结过程中通过添加一些低熔点的烧结助剂,可以在氮化铝烧结过程中产生液相,促进氮化铝胚体的致密烧结。此外,一些烧结助剂除了能够产生液相促进烧结,还能够与氮化铝晶格中的氧杂质反应,起到去除氧杂质净化晶格的作用,从而提高AlN陶瓷的热导性能。然而,烧结助剂不能盲目的添加,添加的量也要适宜,否则可能会产生不利的作用,烧结助剂会引入第二相,第二相的分布控制对热导率影响较大。经研究,在选择氮化铝陶瓷低温烧结助剂时应参照以下几点:添加剂熔点较低,能够在较低的烧结温度下形成液相,通过液相促进烧结;添加剂能够与Al2O3反应,去除氧杂质,净化AlN晶格,进而提高热导率;添加剂不与AlN反应,避免缺陷的产生;添加剂不会诱发AlN发生分解和氧化产生Al2O3和AlON,避免氮化铝陶瓷热导率急剧降低。氮化铝粉末纯度高,粒径小,活性大,是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。台州高导热氮化铝商家
氮化铝是高温和高功率的电子器件的理想材料。台州高导热氮化铝商家
氮化铝的热传导机理:热导率,也即导热系数,作为衡量物质导热能力的量度,是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物,其分子内部没有可自由移动的电子,因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的,这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大,温度低的部分能量小,能量通过声子之间互相作用,从高能量向低能量发生传递,能量的迁移导致热量的传导。可以看到,把晶格内部的原子看成小球,这些小球之间彼此由弹簧(共价键)连接起来,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子,即“声子”,声子相互作用使振动传递,从而使能量迁移,传导热量。台州高导热氮化铝商家
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