氮化鋁(AlN)理論導熱率高達320W/(m·K)，然而，市面上流通的AlN陶瓷基板的熱導率普遍在150-180W/(m·K)之間，這與理論值相去甚遠。這一現(xiàn)狀揭示了AlN陶瓷基板在導熱性能上的巨大提升潛力。隨著功率電子器件封裝技術的快速發(fā)展，提高AlN陶瓷基板的熱導率已成為行業(yè)內(nèi)的緊迫課題。以下將探討如何通過優(yōu)化制備工藝來有效提高AlN陶瓷基板的熱導率。 AlN陶瓷基板的制備流程主要包括流延法成型、常壓燒結以及熱處理等環(huán)節(jié)。通過選擇優(yōu)質(zhì)原材料、精確的制備工藝和優(yōu)化相關參數(shù)，可以有效克服影響熱導率的多種不利因素，從而顯著提升AlN陶瓷基板的熱導率及其強度。采用高純度、超細氮化鋁AlN粉體 AlN漿料的流延成型質(zhì)量與AlN粉末的形狀和粒徑分布緊密相關。理想的AlN粉末應具有高球形度和狹窄的單峰粒徑分布。
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AlN粉末的粒度、比表面積以及雜質(zhì)元素含量，特別是氧雜質(zhì)，對制備高導熱AlN陶瓷至關重要。使用高品質(zhì)的AlN粉末并精心挑選燒結助劑，可以降低AlN陶瓷中的氧雜質(zhì)含量，進而提高熱導率。氮化鋁粉末的粒度越均勻，燒結后的AlN陶瓷晶粒尺寸分布也越一致，有利于提高熱導率。此外，選用耐水解的氮化鋁粉末，如東超新材提供的耐水解氮化鋁，是提升AlN陶瓷基板性能的理想選擇。精心選擇燒結助劑 氮化鋁AlN作為強共價鍵化合物，其燒結活性較低。因此，通常需要添加堿土金屬化合物和稀土鑭系化合物作為燒結助劑，以促進AlN陶瓷的致密化。燒結助劑的作用在于：（1）在高溫下與AlN粉末表面的Al2O3反應，形成液相，促進燒結；（2）促進雜質(zhì)氧原子向晶界擴散，降低晶格氧含量，減少晶格缺陷，提高熱導率。在氮氣保護下進行排膠處理 氮氣保護下的排膠是AlN生坯制備的標準步驟。排膠過程中，使用高純氮氣作為氣氛，防止AlN生坯氧化。排膠后留下的碳殘留有助于還原晶界氧化物，降低氧雜質(zhì)含量，提升熱導率。適量添加碳（如0.5%）可提高熱導率，但過量（超過1%）會導致密度下降和熱導率降低。高溫燒結工藝優(yōu)化 高溫燒結結合高溫熱處理是提升AlN陶瓷性能的關鍵。AlN陶瓷的燒結通常在非氧化性氣氛中進行，如N2氣氛。緩慢升溫有助于排除黏結劑，提高致密度。緩慢冷卻則有助于熔體在晶界處收縮，促進晶界相晶化，提高熱導率和強度。熱處理工藝的優(yōu)化 燒結后的AlN陶瓷需進行等溫退火熱處理，以促進晶界相重新熔融并向表面遷移，減少晶界相含量，優(yōu)化微觀結構，提升熱導率。總結而言，提高AlN陶瓷基板的熱導率是當前材料科學領域的重要研究方向。隨著市場需求的不斷增長，預計未來將會有更多的研究和技術創(chuàng)新投入到這一領域，以滿足高性能AlN陶瓷基板的市場需求。
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