氮化铝因其相对优异的导热性和无毒性质而成为很常用的材料。它具有非常高的导热性和出色的电绝缘性能的非常有趣的组合。这使得氮化铝注定用于电力和微电子应用。例如,它在半导体中用作电路载体(基板)或在 LED 照明技术或大功率电子设备中用作散热器。氮化铝耐熔融铝、镓、铁、镍、钼、硅和硼。氮化铝可以金属化、电镀和钎焊。它也是一种良好的电绝缘体,如果需要,可以很容易地进行金属化。出于这个原因,该材料通常用作散热器或其他需要快速散热的应用。氮化铝可以形成大的形状,也很容易作为薄基板获得。氮化铝主要用于电子领域,特别是当散热是一项重要功能时。高导热性和出色的电绝缘性使氮化铝适用于各种极端环境,尤其适用于要求苛刻的电气应用。氮化铝的特性是高导热性、高电绝缘能力和低热膨胀。制约氮化铝商品化的主要因素就是价格问题。杭州片状氮化铝厂家直销
提高氮化铝陶瓷热导率的途径:加入适当的烧结助剂,引入添加剂主要有两方面的作用:促进氮化铝陶瓷致密化。氮化铝是共价化合物,具有熔点高、自扩散系数小的特点,一般难以烧结致密,使用添加剂可以在较低温度产生液相,润湿晶粒,从而达到致密化。净化晶格。氮化铝低氧有很强的亲和力,晶格中经常固溶了氧,产生铝空位,降低了声子的平均自由程,热导率也因此降低。合适的添加剂可以有效与晶格中氧反应生成第二相,净化晶格,提高热导率。大量的研究表明,稀土金属氧化物和氟化物、碱土金属氧化物和氟化物等均可以作为助烧剂提高氮化铝的热导率。但添加剂的量应适当,过多会增加杂质含量,从而影响热导率;过少又起不到烧结助剂的作用。复合助剂比单一的添加剂能更有效的提高热导率,同时还能降低烧结温度。上海陶瓷氮化硼直接氮化法的优点是工艺简单,成本较低,适合工业大规模生产。
陶瓷线路板的耐热循环性能是其可靠性关键参数之一。本文对陶瓷基板在反复周期性加热过程中发生的变形情况进行了研究。通过实验发现,陶瓷覆铜板在周期性加热过程中,存在类似金属材料在周期载荷作用下出现的棘轮效应和包辛格效应。结合ANSYS有限元计算结果,可以推断,陶瓷线路板的失效开裂与金属层的塑性变形或位错运动直接相关。另外,活性金属钎焊陶瓷基板的结构稳定性优于直接覆铜陶瓷基板。随着功率器件工作电压、电流的增加和芯片尺寸不断减小,芯片功率密度急剧增加,对芯片的散热封装的可靠性提出了更高挑战。传统柔性基板或金属基板已满足不了第三代半导体模块高功率、高散热的要求,陶瓷基板具有良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数,是功率电子器件中关键基础材料。陶瓷基板由金属线路层和陶瓷层组成,由于陶瓷和金属之间存在较大的热膨胀差异,使用过程中产生的热应力会造成基板开裂失效,因此,对陶瓷基板耐热循环可靠性研究具有重要意义。
由于氮化铝陶瓷基片的特殊技术要求,加上设备投资大、制造工艺复杂,氮化铝陶瓷基片重点制造技术被日本等国家的几个大公司掌控。氮化铝陶瓷基片制备、烧结及后期加工等特殊要求较高,尤其是在产品领域对产品性能、稳定性等要求更高,再加上设备投资大、制造工艺复杂。目前,我国氮化铝陶瓷基片生产企业缺乏重点技术,再加上我国大多数氮化铝陶瓷基片生产企业规模较小,研发投入资金有限,技术人员较少且经验不足,导致我国氮化铝陶瓷基片整体技术水平较低,产品缺乏竞争力,主要集中在中低端产品。近几年,中国氮化铝基板生产企业数量增长趋势很快,原有企业也积极扩大生产规模。氮化铝产量不断增长,增长速度有加快趋势,但是国内氮化铝产量仍然不足,不能满足国内需求,还需要从国外大量进口。氮化铝可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。
生产方法:将氨和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得氮化铝粉末。或者将氧化铝和炭充分混合,在电炉中于1700℃还原制得氮化铝。将高纯度铝粉脱脂(用抽提或在氮气流中加热到150℃)后,放到镍盘中,将盘放在石英或瓷制反应管内,在提纯的氮气流中慢慢地进行加热。氮化反应在820℃左右时发出白光迅速地进行。此时,必须大量通氮以防止反应管内出现减压。这个激烈的反应完毕后,在氮气流中冷却。由于产物内包有金属铝,可将其粉碎,并在氮气流中于1100~1200℃温度下再加热1~2h,即得到灰白色氮化铝。另外,将铝在1200~1400℃下蒸发气化,使其与氮气反应即得到氮化铝的须状物(金属晶须)。此外,也有将AlCl3·NH3加成物进行热分解的制法。直接氮化法:将氮和铝直接进行氮化反应,经粉碎、分级制得。氮化铝产品质量受反应炉温、原料的预混合以及循环氮化铝粉末所占的混合比例、氮化铝比表面积等条件的影响。因此需严格控制工艺过程,得到稳定特性的氮化铝粉末(如比表面积、一次粒径、凝聚粒径、松密度和表面特性等)。氮化铝陶瓷作为耐火材料应用于纯铁、铝以及铝合金的熔炼。温州电绝缘氮化铝厂家
氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性,特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。杭州片状氮化铝厂家直销
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。杭州片状氮化铝厂家直销
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