氮化铝陶瓷基板是电子信息行业中大规模集成电路封装、散热基板用关键材料,在国计民生的各行各业拥有广泛的应用领域,如国家鼓励实施的集成电路升级、LED照明、电子及微电子封装、功率封装,如晶闸管、整流管等;包括大功率器件、电力电子器件;汽车电子的IGBT及MOSFET功率模块封装等。作为新型功能材料,氮化铝广泛应用于军事和空间技术通讯、计算机、仪器仪表工业、电子设备、汽车、日用家电、办公自动化等各个领域。如何烧结制备氮化铝陶瓷基板是一个非常值得关注的问题。今天小编就来阐述有一下。
一,不同温度和烧结环境中,氮化铝陶瓷基板平整度表现不同
氮化铝陶瓷基板在烧结过程中,会受到生坯中含有的氧杂质影响,热导率不能稳定控制在170W/m·K以上,而且会产生不同程度的变形,表面不平整,通常平整度合格率低于90%。要得到表面平整的陶瓷基板,需要采用打磨或研磨的方式进行加工,这不仅需要去除0.2-0.3mm厚度的表面,而且容易造成基板破碎,降低成品率。
将排胶后的氮化铝生坯产品放入烧结炉内烧结,烧结温度为1820℃,用除尘设备除去烧结后的氮化铝基板表面的隔粘粉。该方法是常规的烧结方法,其产品的平整度合格率很难控制,通常低于90%。
将含有氮化铝粉末的原料在压力150Pa以下加热到1500℃,再利用非氧化性气体,在压力为0.4MPa以上的加压气氛下升温到1700~1900℃并进行保持,然后以10℃/分钟以下的冷却速度冷却到1600℃。单纯加压气氛下烧结的氮化铝陶瓷基板的热导率,很难稳定控制在170W/m·K以上。
在高温箱式电炉中,对叠好的生膜片进行排胶和烧结;其排胶温度控制在600℃以下,排胶升温速率小于或等于0.5℃/min;所述烧结是:600℃至峰值温度Tmax,烧结升温速率为0.5~3℃/min,其中峰值温度Tmax视陶瓷料而定,峰值温度的保温时间1~5h。该方法也属于常规的烧结方法,其产品的平整度合格率很难控制,通常低于90%。
采用自蔓延粉体制备高导热氮化铝陶瓷的方法,陶瓷基片的制备过程中烧结温度为1830~1890℃,烧结时间为8~12h。烧结所用的气氛为氢气与氮气混合气体,所述氢气与氮气的流速比为1:2~1:1。CN107986794A所述其特征是将经过排完胶的生坯置入氮气炉中,控制烧结时间为2~24小时,控制最高烧结温度为1700~1900℃,控制烧结时间为4~6小时。该方法采用的自蔓延粉体即使经过其专利中的预处理,也很难控制基板热导率稳定在170W/m·K以上,
一种高导热陶瓷材料及其制造方法中,公开了一种采用氮气气氛保护下进行烧结的方法,该方法中使将氮气作为保护气体充满炉膛内,仍然存在炉膛内残留大量氧杂质而影响物料的问题。
二,能保障导热率又能提高合格率的氮化铝陶瓷基板烧结方法。
一种氮化铝陶瓷基板的烧结方法,在基板烧结过程中,使用惰性气体对炉膛内的气氛进行置换。
烧结方法采用可控的氮气保护气氛,并定期置换炉内气氛,调整石墨烧结炉的炉膛压力和炉内化学物质气氛,排出杂质气氛,控制氮化铝陶瓷基板的热导率和提升基板的平整度。这种生产加工的基板的热导率可以稳定控制在170W/m·K以上,基板平整度合格率为95%以上。
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