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.     

氧化铝/氮化铝陶瓷显微组织研究

氮化铝具有良好的热学、电学和机械等性能,是理想的电子封装材料和高性能陶瓷基板材料.本文研究了AlN加入量和烧结温度对Al2O3/AlN复相陶瓷相组成和显微组织的影响.结果表明该陶瓷在1400～ 1550℃烧结时,AlN被部分保留,少量氧原子进入AlN晶格,烧结生成4种铅锌矿结构新相,有利于提高复相陶瓷热导率;氮化铝含量和烧结温度的提高,有利于形成大尺寸晶粒.     

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陶瓷烧结技术研究进展

氮化铝(AlN)因其具有高热导率,作为基片材料在电子元器件中得到日益重视.本文主要论述了氮化铝陶瓷制备过程中各种烧结参数,包括烧结助剂、烧结气氛、保温时间、常压烧结、热压烧结、微波烧结和等离子烧结等对氮化铝陶瓷性能的影响.并指出可通过合适的AlN粉体制备技术,结合快速烧结方法可得到具有晶粒细小、结构均匀、高致密度和高导热率的AlN陶瓷.     

Dy2O3–CaF2对AlN陶瓷制备、结构及性能的影响EI北大核心CSCD

以AlN粉体为原料,采用无压烧结,选取二元烧结助剂Dy2O3–CaF2在1 800℃氮气气氛下烧结AlN陶瓷,利用Archimedes排水法、X射线衍射、扫描电子显微镜、激光导热分析仪和万能材料试验机对烧结的AlN陶瓷的密度、热性能和力学性能进行了测试,并对AlN陶瓷的物相变化和微观结构进行了表征。结果表明：添加二元烧结助剂Dy2O3–CaF2可以有效促进AlN陶瓷致密化以及晶粒的生长发育,降低AlN陶瓷的烧结温度,改善AlN陶瓷的导热性能。当添加2.5%（质量分数）Dy2O3＋1.5%（质量分数）CaF2在1 800℃氮气气氛下常压烧结2 h时,制备出了晶粒发育良好、结晶良好,相对密度99.6%,热导率169 W/（m·K）,同时具有较高的机械强度的AlN陶瓷。     

AlN基板材料研究进展

氮化铝(AlN)以其优异的高热导率、低介电常数、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和生产厂家的广泛关注，被誉为新一代高密度封装的理想基板材料。详细综述了AlN基板在导热机理、基片制备、金属化和烧结工艺方面的研究进展，展望了AlN基板的发展趋势和前景。     

高导热微电子封装与基板材料的产业化开发

正一、成果简介目前国内用于微电子封装的基板材料、介质材料和金属材料还远落后于国外产品。封装材料的落后严重制约国内封装技术的进步和微电子产品性能的提高。例如,占半导体器件封装总量95%的环氧模塑料(CMC),高性能的产品大多数还是来自于国外公司或合资公司,国内产品只能占据低端市场,产品附加值很低。低温共烧多层陶瓷基板(LTCC)、高导热陶瓷基板(AlN、Si3N4)国内尚没有成熟产品。     

AlN陶瓷低温烧结制备与性能研究

采用两组复合烧结助剂Y2O3-CaF2,Y2O3-CaF2-Li2CO3在1600℃烧结AlN陶瓷,对AlN陶瓷烧结密度,热性能和电性能进行了测试,并分析了AlN陶瓷物相变化和微观结构。结果表明,复合烧结助剂在低温下能明显促进AlN陶瓷致密化及晶粒生长发育,尤其是添加3wt%Y2O3-2wt%CaF2作烧结助剂,1600℃常压烧结4h制备了结晶良好,相对密度为98.4%,热导率为133.62W/m.K,同时具有较低相对介电常数的AlN陶瓷。在低温常压条件下制备出性能较高的AlN陶瓷。     

电子封装陶瓷基板

随着功率器件特别是第三代半导体的崛起与应用,半导体器件逐渐向大功率、小型化、集成化、多功能等方向发展,对封装基板性能也提出了更高要求。陶瓷基板(又称陶瓷电路板)具有热导率高、耐热性好、热膨胀系数低、机械强度高、绝缘性好、耐腐蚀、抗辐射等特点,在电子器件封装中得到广泛应用。本文分析了常用陶瓷基片材料(包括Al_2O_3、AlN、Si_3N_4、BeO、SiC和BN等)的物理特性,重点对各种陶瓷基板(包括薄膜陶瓷基板TFC、厚膜印刷陶瓷基板TPC、直接键合陶瓷基板DBC、直接电镀陶瓷基板DPC、活性金属焊接陶瓷基板AMB、激光活化金属陶瓷基板LAM以及各种三维陶瓷基板等)的制备原理、工艺流程、技术特点和具体应用等进行了论述,最后对电子封装陶瓷基板发展趋势进行了展望。     

AlN陶瓷基片低温烧结性能的研究

采用流延成形法制备AlN陶瓷基片,研究了烧结助剂、烧成温度和保温时间对AlN陶瓷基片烧结性能的影响。结果表明:在烧结助剂(CaF2-YF3)的添加量为4%、烧成温度为1650℃、保温3h,能得到结构致密的AlN陶瓷基片,体积密度达3.25g/c。采用XRD、SEM等检测手段对AlN陶瓷基片的物相和形貌进行了分析,揭示AlN陶瓷基片烧结性能与工艺参数之间的关系。     

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.     

高压烧结AlN（Y2O3）陶瓷的物相组成分析及热导率

用国产六面顶压机在5.0GPa,1300℃～1800℃条件下实现了以Y2O3为烧结助剂的AlN陶瓷体的高压烧结.用XRD对AlN高压烧结体的相组成进行了表征.研究表明:高压制备陶瓷体材料能够有效降低烧结温度和缩短烧结时间,可比传统烧结方法降低400℃以上.Y2O3是AlN有效的低温烧结助剂,在1300℃、1400℃烧结的AlN陶瓷体材料第二相物质以YAlO3和 Y4Al2O9为主.当烧结温度高于1600℃,AlN陶瓷的第二相物质主要以Y3Al5O12为主.烧结条件为5.0GPa/1700℃/75min,样品的热导率可达135W/(m·K).     

工艺参数对反应烧结AIN陶瓷的影响

以Al,AlN粉为原料，采用反应烧结技术制备AlN陶瓷。Al粉含量、Al粉粒径、成型压力和升温制度是RBAN的重要工艺参数，优化工艺参数可制备出性能良好的AlN陶瓷。Al体积分数45％,1700℃温度下可制备出烧结密度为93％，抗弯强度为292MPa的AlN陶瓷。     

MgSiN_2固相合成的研究进展

MgSiN_2由于具有和AlN相似的晶体结构,引起了人们的广泛关注。它具有高硬度、高电子阻抗、高热导率、低介电常数、相对较好的断裂韧性、良好的抗热震性能、高达920℃以上的抗氧化性等性能。在各个领域尤其是在电子、国防、宇航领域有着较好的应用,在制备高密度集成电路基板材料、封装材料、高热导非氧化物陶瓷、β-Si_3N_4棒晶、发光材料等方面都有着巨大的应用前景。概述了MgSiN_2粉末与陶瓷烧结体制备的研究进展及其在其他方面的应用,并对MgSiN_2的未来发展进行了展望。     

烧结助剂对AlN陶瓷制备及性能的影响

用三组烧结助剂[多壁碳纳米管(multi-wall carbonnanotube,MWNT)、Y2O3-CaF2及MWNT-Y2O3-CaF2]在1600℃低温烧结AlN陶瓷,测试AlN陶瓷烧结密度、热性能和电性能,分析其物相变化和微观结构。结果表明:外添加剂在低温能明显促进AlN陶瓷致密化及晶粒生长发育,并且用合适的埋粉和保护气氛可以防止AlN陶瓷在烧结过程中发生氧化,其中添加质量分数(下同)1%MWNT-3%Y2O3-2%CaF2作烧结助剂,于1600℃保温4h可以制备相对体积密度为97.2%,热导率为138.57W/(m·K),同时具有较低相对相对介电常数的AlN陶瓷,即在低温无压条件下制备性能较高的AlN陶瓷。     

AlN 陶瓷的性能及应用

AlN陶瓷具有高硬度、与硅相接近的线膨胀系数、高电阻率、低介电常数、低介电损耗以及无毒、耐高温、耐腐蚀等特性,力学性能良好,在电子、机械、复合材料等领域有着广泛的应用。尤其是因为具有高热导率,Al N陶瓷已经成为理想的半导体基板和封装材料之一。本文回顾了Al N陶瓷的发展历程,着重评述了Al N陶瓷的制备技术、性能及应用等方面的研究进展,并对其面临的技术困难及发展方向进行了展望。     

W-SiO2浆料与AlN共烧界面的微观结构分析

氮化铝共烧基板广泛用于高密度的多芯片组件的封装中，共烧导带浆料的研制则是其中的关键技术，本研究提出了以W为导电材料，SiO2为添加剂配制的导体桨料，获得了SiO2的质量分数在0.45%时，烧结应力减弱到充分小，使得AlN共烧基板达到足够的致密度和平整度，导带方阻达到10mΩ/□，基板的翘曲度在50mm中小于50μm，导带焊盘的健合强度大于29.4MPa。     

ZrN+AlN+Y2O3复合助烧结剂对Si3 N4陶瓷烧结性能的影响

对比了ZrN+AlN助烧结剂与ZrN+AlN+Y2O3助烧结剂对1800℃、25 MPa下热压烧成Si3N4陶瓷显微结构和力学性能的影响,并着重对ZrN+AlN+Y2O3复合助烧结剂促进Si3N4陶瓷烧结的机理进行了探讨.结果表明加ZrN+AlN+Y2O3助烧结剂能明显促进Si3N4陶瓷的烧结,提高陶瓷强度,其相对密度可达97.84%,常温弯曲强度为601.21 MPa,断裂韧性达8.9 MPa·m1/2;而加ZrN+AlN助烧结剂的Si3N4陶瓷未致密化.     

无助剂AlN陶瓷的高压烧结制备及热导率

以碳热还原法生产的AlN粉体为原料,用国产六面顶压机,在5.0GPa,1 300～1 800℃,在无烧结助剂的情况下,高压烧结制备了AlN陶瓷.用X射线衍射、扫描电镜对高压烧结AlN陶瓷微观结构进行了表征.结果表明:经1 300℃烧结50 min制备的AlN陶瓷的相对密度达94.8%.经1 400℃烧结50min制备的AlN陶瓷的断裂模式为穿晶断裂.经1 800℃烧结50min制备的AlN陶瓷由单相多晶等轴晶粒组成,该样品的热导率达115.0W/(m·K).高压烧结制备的AlN陶瓷的晶格常数比AlN粉体的略有减小.高压烧结温度的提高和烧结时间的延长有助于提高AlN陶瓷的热导率.     

低温烧结玻璃/陶瓷复合材料的微结构及性能

借助钙长石陶瓷和硼酸盐玻璃良好的介电和热膨胀性能,制备了一系列玻璃/陶瓷复合材料,并对这些复合材料进行了X射线衍射分析、扫描电镜观察和性能测试.结果表明:复合材料的介电常数、热膨胀系数和显微硬度随着陶瓷含量的增加而增加,其介电损耗则随陶瓷含量的增加而减小.陶瓷含量(质量分数≥60%)高的复合材料在高于850℃烧结时析出一定量的α-石英和方石英,这增加了材料的热膨胀系数,但对其介电常数影响不大.所制备的复合材料具有高的相对密度(≥96.5%)、低的介电常数(5～6)、低的介电损耗(0.10%～0.42%)、低的热膨胀系数(4.6×10-6～6.5×10-6/℃)和低的烧结温度(≤900℃),有望用作介电材料和基板材料.