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        制備高質(zhì)量氮化鋁陶瓷基板的關(guān)鍵點有哪些?


        來源:中國粉體網(wǎng)   空青

        [導(dǎo)讀]  氮化鋁陶瓷比氧化鋁陶瓷具有更高的熱導(dǎo)率, 在大功率電力電子等需要高熱傳導(dǎo)的器件中逐漸替代氧化鋁陶瓷,應(yīng)用前景廣闊。

        中國粉體網(wǎng)訊  氮化鋁粉體具有高熱導(dǎo)率等優(yōu)點,被廣泛認(rèn)為是用于制備半導(dǎo)體功率器件用陶瓷基板的優(yōu)良材料。氮化鋁陶瓷比氧化鋁陶瓷具有更高的熱導(dǎo)率, 在大功率電力電子等需要高熱傳導(dǎo)的器件中逐漸替代氧化鋁陶瓷,應(yīng)用前景廣闊。




        氮化鋁基片制備技術(shù)壁壘高,粉體配方和基片燒結(jié)是核心。氮化鋁陶瓷基板制備主要是粉體制備、粉體成型、陶瓷基片燒結(jié)等。


        氮化鋁陶瓷粉體制備


        高純度的氮化鋁粉體是提高陶瓷基板的關(guān)鍵。目前制備氮化鋁粉體的方法有碳熱還原法、直接氮化法、高溫自蔓延、直接氮化法、化學(xué)氣相沉積法等等。目前,碳熱還原法是目前最成熟、適合制備高品質(zhì)氮化鋁粉體的商用制備方法,高溫自蔓延法具有成本較低的優(yōu)勢,適宜進(jìn)一步發(fā)展該優(yōu)勢,占領(lǐng)中、低端氮化鋁粉體市場,但由于反應(yīng)速率、過程難以有效控制,目前不適合作為高品質(zhì)氮化鋁粉體的商用制備方法。


        制備高品質(zhì)氮化鋁粉體時,除了關(guān)注最基本的純度、粒徑及粒徑分布外,還應(yīng)加大對比表面積、微觀形貌、低團(tuán)聚性和高導(dǎo)熱性等性能的重視程度。易水解性能是氮化鋁粉體特有的,也是最受關(guān)注的后處理工藝,目前主流的商用方法是通過熱處理。


        氮化鋁陶瓷燒結(jié)


        在氮化鋁陶瓷燒結(jié)中,引入燒結(jié)助劑是目前氮化鋁陶瓷燒結(jié)普遍采用的一種方法。一方面是形成低溫共熔相,實現(xiàn)液相燒結(jié),促進(jìn)坯體致密化;另一方面是去除氮化鋁中的氧雜質(zhì),完善晶格,提高熱導(dǎo)率。


        根據(jù)三環(huán)集團(tuán)試驗數(shù)據(jù),隨著燒結(jié)助劑含量增加,基板成瓷密度隨之上升,而導(dǎo)熱率在燒結(jié)助劑添加量為15%達(dá)到最高; 隨著燒結(jié)溫度的升高,氮化鋁成瓷密度、晶粒尺寸及導(dǎo)熱率呈不斷上升的趨勢,在1800℃時密度趨于穩(wěn)定,而基板的抗折強度則是先上升,在1750℃時達(dá)到最大值后開始下降。


        在燒結(jié)工藝方面,氮化鋁基片常用的燒結(jié)工藝一般有5種,即熱壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)(SPS)、微波燒結(jié)和自蔓延燒結(jié)。AlN陶瓷基片一般采用無壓燒結(jié),該燒結(jié)方法是一種最普通的燒結(jié),雖然工藝簡單、成本較低,但燒結(jié)溫度一般偏高,在不添加燒結(jié)助劑的情況下,一般無法制備高性能陶瓷基片。


        市場概況


        由于氮化鋁陶瓷基片的特殊技術(shù)要求,加上設(shè)備投資大、制造工藝復(fù)雜,高端氮化鋁陶瓷基片核心制造技術(shù)被日本等國家的幾個大公司掌控。我國氮化鋁基片行業(yè)整體水平較低,產(chǎn)品缺乏競爭力,主要是以中低端產(chǎn)品為主,高端氮化鋁陶瓷基板還在依賴進(jìn)口。


        近些年,我國也在加力追趕,國內(nèi)不少企業(yè)都實現(xiàn)了氮化鋁陶瓷基板的國產(chǎn)化,隨著下游電子產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,未來氮化鋁陶瓷基板的市場需求也會隨之增長。


        中國粉體網(wǎng)將于2024年4月25日江蘇蘇州舉辦“第三屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長技術(shù)交流會”,屆時,深圳技術(shù)大學(xué)孔令兵教授將帶來《氮化鋁陶瓷粉體制備、燒結(jié)及性能研究進(jìn)展》,孔教授將就氮化鋁陶瓷基板制備過程中涉及的粉體制備、燒結(jié)行為及對性能的影響進(jìn)行總結(jié)與闡述。



        參考來源:

        李奕杉:陶瓷基板用氮化鋁粉體專利解析

        粉體網(wǎng):為何氮化鋁基板比其它基板貴,且一片難求?


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青)

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        作者:空青

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