放电等离子烧结制备细晶AlN陶瓷

采用纯纳米AlN粉和掺杂质量分数3%Y_(2)O_(3)的纳米AlN粉为原料,经放电等离子烧结工艺制备AlN陶瓷,研究了两类AlN陶瓷的相对密度、微观组织、力学性能和导热性能。结果表明:纯纳米AlN粉和掺杂Y_(2)O_(3)纳米AlN粉在40~60 MPa下,经1500℃放电等离子烧结5~60 min,均可获得相对密度>99%的AlN陶瓷。当烧结压力为50 MPa时,获得的AlN陶瓷晶粒尺寸最小,分别为176 nm和190 nm,细化晶粒明显提高了AlN陶瓷硬度和抗弯强度。当烧结时间从5 min延长至60 min时,两种AlN陶瓷晶粒尺寸分别增大至1.71μm和1.73μm。晶粒长大导致AlN陶瓷硬度和抗弯强度下降,但提升了导热性能。通过对比发现,相同放电等离子烧结工艺下添加烧结助剂Y_(2)O_(3)能够有效提升AlN陶瓷的综合性能。

AlN陶瓷基片专利技术分析

随着第三代半导体的崛起和发展,半导体功率器件集成度和功率密度明显提高,电子封装系统的散热问题已成为影响其性能和寿命的关键。陶瓷基片因兼具高耐热性、高热导率、高可靠性、低的热失配率、好的绝缘性能和高频特性,被认为是最有前途的封装材料,近年来得以快速发展。AlN陶瓷因具有高热导率、低介电常数、与Si相匹配的热膨胀系数以及良好的绝缘性等优点成为电路基片材料的最佳选择之一。本文通过对半导体功率器件用AlN陶瓷基片的国内外专利进行分析,得到AlN陶瓷基片技术的国内外发展状况及发展方向,供相关领域技术人员参考。相关中文专利数据来源为中国专利全文数据库(CNTXT),外文专利数据来源为外国专利全文中文翻译数据库(ENTXTC),检索数据截至2023年8月。

电子封装用高导热AlN陶瓷基板研究进展

高导热AlN陶瓷是新型功率电子器件重要的基板材料,在5G通讯、微波TR组件、IGBT模块等高端电子器件领域具有广泛的应用。综述了国内外电子封装用高导热AlN陶瓷基板及其制备技术的研究进展。探讨了晶格氧、非晶层、AlN晶粒尺寸、晶界相及气孔等微结构因素对AlN陶瓷热导率的影响。提出选用高纯超细AlN粉体原料,合理选取烧结助剂的类型与添加量,优化排胶、高温烧结与热处理工艺是改善AlN陶瓷结构,实现AlN陶瓷热导率提升的有效途径。

AlN陶瓷热导率及抗弯强度影响因素研究的新进展

AlN陶瓷因具有高热导率、高强度及介电常数小等优点被广泛应用于结构陶瓷、防弹及耐磨材料、基片和封装材料等方面。本文综述了AlN陶瓷研究现状,包括AlN陶瓷基础性能、热导率及抗弯强度影响因素研究新进展。在此基础上,指出了AlN陶瓷研究及应用过程中存在的问题,并展望了AlN陶瓷发展趋势。

AlN陶瓷的高压烧结研究

以自蔓延高温合成的AlN粉体为原料,用六面顶压机在高压(3.1～5.0GPa)下实现了未添加烧结助剂的AlN陶瓷体的烧结.研究了烧结工艺参数对AlN烧结性能的影响.用XRD、SEM对AlN高压烧结体进行了表征.研究表明:高压烧结能够有效降低AlN陶瓷的烧结温度并缩短烧结时间,烧结体的结构致密.在5.0GPa/1300℃条件下高压烧结50min的AlN陶瓷的相对密度达94.9%.在5.0GPa/1700℃/125min条件下制备的AlN陶瓷晶格常数比其粉体减小了约0.09%.

AlN陶瓷基板覆铜技术的研究

探索了AlN陶瓷基板表面氧化状态对敷接强度的影响。结果表明:敷接过程中Cu[O]共晶液体对未经氧化处理的AlN陶瓷基板的浸润性较差,不能形成牢固的结合;AlN陶瓷表面经氧化处理后能够显著改善与Cu[O]共晶液体的浸润性,其界面结合强度与氧化工艺密切相关,受热应力的影响,空气条件下氧化试样的敷接强度大于湿气氛下(N_2:O_2=10:1)氧化试样的敷接强度;空气下1300℃氧化30min制得的AlN-DBC试样,敷接强度达2.8kg·mm^(-2),其界面反应层的厚度约2～3μm,生成界面产物CuAlO_2,从而获得了较高的敷接强度。

添加CaF_2-YF_3的AlN陶瓷的热导率

用 Ca F2 和 YF3做添加剂 ,在 175 0℃制备了热导率高于 170 W/m.K的 Al N陶瓷 ,并用 XRD和 SEM研究了 Al N陶瓷在烧结过程中的相组成、微结构以及晶格参数的变化 ,并讨论了其对热导率的影响。研究发现 ,当使用 Ca F2 - YF3做添加剂时 ,微结构差异对 Al N陶瓷热导率的影响很小 ,Al N陶瓷的热导率主要由 Al N晶格氧缺陷浓度决定。由于Ca F2 - YF3能有效降低 Al N颗粒表面的氧含量 。

AlN陶瓷热导率影响因素的研究

基于AlN陶瓷的导热机理,从显微结构、材料组成、工艺因素三方面来对AlN热导率的影响进行了探讨。AlN高热导率取决于AlN晶间良好接触、第二相含量少呈孤岛状分布以及低气孔率的显微结构,而材料组成、制备工艺的优化是为了具有良好显微结构的AlN陶瓷得以实现和改善。

低温烧结AlN陶瓷的微结构和热导率

采用CaF2,Y2O3和Li2CO3做添加剂,在低温下制备了高热导率的AlN陶瓷,通过SEM,TEM和XRD研究了AlN陶瓷在烧结过程中微结构及晶格常数的变化及其对热导率的影响。研究发现,当使用CaF2和CaF2-Y2O3做添加剂时,液相对晶粒浸润性较差,不利于AlN晶格的纯化。而添加Li2O-CaF2-Y2O3的AlN陶瓷在烧结温度之前已经完成了液相的重新分布,液相与AlN晶粒之间有较好的浸润性,这促进了AlN陶瓷的致密化和AlN晶格的纯化,有利于获得较高的热导率。

无压烧结高导热AlN陶瓷的研究进展

AlN以其优异的高热导率、与Si相匹配的热膨胀系数及其它优良的物理化学性能受到了国内外学术界的广泛关注,被誉为新一代高密度封装的首选基板材料。本文详细综述了AlN陶瓷的导热机理和无压烧结工艺等方面的研究进展,并介绍了烧结助剂的选取原则和AlN陶瓷热导率与温度的关系,以及展望了AlN基板的发展趋势和前景。

Li_20对AlN陶瓷低温烧结的影响

利用XRD,SEM和TEM研究了Li2O-CaF2-Y2O3体系在/AlN陶瓷低温烧结中的作用机理,研究发现,添加Li2O的/AlN陶瓷有着更低的收缩开始温度和更大的收缩率,这种收缩来自于含Li玻璃相与CaYAlO4液相的共同作用。在烧结过程中,Li2O不仅改变了AlN烧结过程中的相组成,而且改善了液相的性质。由于Li2O和Al2O3在l 100℃以下反应生成含Li玻璃相,使得AlN开始收缩的温度大为降低。在1 600℃以上,含Li玻璃相分解散失,有利于AlN晶界的纯化,同时,CaYAl3O7向CaYAlO4的转变以及液相CaYAlO4在烧结过程中稳定存在,保证了含Li玻璃相散失后AlN的持续收缩。

高压热处理对AlN陶瓷显微结构及导热性能的影响

热处理是AlN陶瓷调整结构、改善性能的有效手段.利用国产六面顶压机,在5.0GPa高压条件下,对高压烧结制备的AlN(Y2O3)陶瓷进行了热处理,研究了高压热处理对AlN陶瓷显微结构及导热性能的影响.结果表明:经5.0GPa/970℃/2h高压热处理后的AlN陶瓷材料与未热处理的试样相比,晶粒尺寸显著增大,晶粒形状越发规整,第二相均位于晶界处或者三角晶界区域,热导率达到了173.2W/(m.K),是未经过热处理试样的2.2倍.但是,将高压热处理时间延长到4h,AlN陶瓷的气孔增大,出现了反致密化现象,热导率也降低到80.9W/(m.K).

添加CaF_2－Y_2O_3的AlN陶瓷的显微结构及热导性质

本文探索了影响添加ＣａＦ２－Ｙ２Ｏ３的ＡｌＮ陶瓷热导率的显微结构因素．利用ＸＲＤ、ＸＰＳ研究了伴随烧结过程的晶格畸变规律，确定了氧及杂质碳在ＡｌＮ晶格中的扩散行为，从而导致了晶胞的收缩和膨胀．ＴＥＭ和ＨＲＥＭ观察到类似转相区的面缺陷和不同于ＡｌＮ结构的微区．结果表明，除了晶粒内部的缺陷，第二相强烈地影响烧结体的热导率，挥发性第二相有助于提高热导率．

放电等离子烧结制备透明AlN陶瓷

采用放电等离子烧结(sparkplasmasintering,SPS)技术,添加不同含量CaF2为烧结助剂,成功制备了透明氮化铝(AlN)陶瓷.SPS技术具有烧结快速,烧结体致密度高的特点,是制备透明AlN的有效方法.CaF2的加入量的提高,有利于烧结体的致密度和透过率的提高.当CaF2加入量为3%(质量分数)时,烧结体致密度不再继续提高,但仍有利于透过率的提高,此时烧结体透过率最高为54.7%.SEM、XRD、TEM和EDX结果表明烧结体具有很高的致密度、纯度,均匀的晶粒形状和尺寸,晶界及三角晶界处观察不到第二相的存在,从而保证了烧结体良好的光学性能.

AlN陶瓷的空心阴极等离子烧结工艺研究

将空心阴极效应运用于AIN陶瓷的烧结,选用自蔓延高温合成的AIN粉体为原料,用Y2O3-Li2O-CaO(YLC)作为烧结助剂,进行了烧结试验,并探讨了工艺参数的影响。结果表明,空心阴极烧结工艺可制备出致密度高,导热性能好的AIN陶瓷。添加质量分数为5.5%的YLC烧结助剂,在1 700℃、保温3h的烧结条件下,获得相对密度为98.9%、热导率为93.8W/(m.K)的AIN烧结体。烧结体断口的SEM照片显示,烧结试样的晶粒生长发育完善,晶粒轮廓清晰,呈尖锐的多面体形状,晶粒大小均匀,孔隙和晶界相少,断裂模式主要为穿晶解理断裂。TEM观测表明,晶界相少,且大部分都缩至三角晶界,AIN晶粒与晶粒接触紧密。

烧结助剂添加方式对AlN陶瓷力学性能的影响

通过直接添加与原位生成两种方式引入Y_2O_3作为烧结助剂,热压烧结制备了AlN陶瓷;研究了添加方式及添加量对AlN陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明:原位生成烧结助剂的方式更有利于AlN陶瓷的致密化,特别是当原位生成的Y_2O_3质量分数为2%时,AlN陶瓷的相对密度达到99.0%,硬度为15.39GPa,抗弯强度为383.0MPa,均高于直接添加Y_2O_3的;同时可获得晶形完整、第二相含量少且大部分位于三叉晶界、晶粒间面-面接触的显微结构;随着原位生成烧结助剂添加量的增多,陶瓷的相对密度下降,在AlN晶界处出现大量第二相而导致陶瓷的硬度、抗弯强度等力学性能也下降。

微波烧结AlN陶瓷的初步研究

采用微波高温烧结工艺,制备了致密的AlN陶瓷,并初步探讨了微波烧成环境对烧结体性能的影响。结果表明:利用微波烧结AlN陶瓷,虽然在节能省时方面效果显著,但是微波烧成环境对AlN陶瓷的烧成影响比较复杂,本文着重指出烧成环境中的碳热还原气氛能极大地加快AlN陶瓷的致密化速率,但容易在AlN陶瓷晶界相内部产生气孔,使AlN陶瓷的热导率降低。

AlN陶瓷的薄膜金属化及其与金属的焊接研究

针对AlN陶瓷在微波管中的应用特点 ,采用磁控溅射镀膜方法对AlN陶瓷进行表面金属化 ,并与无氧铜焊接 ,测试焊接体的抗拉强度并对陶瓷 金属接合界面进行了微观分析。

AlN陶瓷活性封接技术的研究概况

AlN陶瓷具有优异的热、电、力学等综合性能,在许多高技术领域具有广泛的应用前景。但由于AlN陶瓷的一些固有特性限制,通常需要与其他材料封接后才能使用。AlN陶瓷与其他材料封接的方法很多,在诸多的封接方法中,活性金属法以其适用面广、连接强度高、工艺简单、高效可靠等优点引人注目。该文主要介绍近年来AlN陶瓷活性封接技术的研究状况,包括在活性钎料、反应润湿、界面反应、连接强度及与其他材料封接等方面的研究状况,指出有待进一步研究的问题。

采用两种银基活性钎料钎焊AlN陶瓷与可伐合金的接头组织与性能

采用Ag-Cu-Ti和Ag-Cu-In-Ti两种活性钎料箔带,分别在860℃/10 min和760℃/10 min两种规范下对AlN与可伐合金(4J29)进行了真空钎焊连接,获得了冶金质量良好的接头.对接头室温抗剪强度进行了测试,AlN/Ag-Cu-Ti/4J29和AlN/Ag-Cu-In-Ti/4J29两种接头强度分别为126和113 MPa.微观分析结果表明,两种接头中靠近陶瓷母材附近生成了连续的扩散反应层,结合XRD结果,该层主要由TiN相组成,反应层的厚度对接头强度有影响;钎缝基体区由铜基固溶体、银基固溶体和复杂的Ni(Fe,Co)-Ti化合物组成.