電子封裝用AlN燒結(jié)工藝及機(jī)理.pdf

1、氮化鋁陶瓷導(dǎo)熱性能良好,是集成電路基板和電子封裝的理想材料。但氮化鋁為強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合物,熔點(diǎn)高,自擴(kuò)散系數(shù)小,通常需要熱壓燒結(jié)才能制備出高致密的氮化鋁陶瓷。并且氮化鋁對(duì)氧的親和力很強(qiáng),在陶瓷制備過(guò)程中容易引入氧雜質(zhì),造成導(dǎo)熱性下降。本文通過(guò)常壓燒結(jié)氮化鋁陶瓷,研究了不同制備工藝和選取不同燒結(jié)助試劑對(duì)氮化鋁陶瓷的的燒結(jié)過(guò)程的影響。
　　 通過(guò)分析氮化鋁陶瓷制備過(guò)程中引入氧雜質(zhì)的情況,研究了氮化鋁粉末熱氧化和水解氧化行為,并以此為基礎(chǔ)

2、研究了氮化鋁陶瓷制備工藝對(duì)氮化鋁氧化的影響。結(jié)果表明:氮化鋁熱氧化過(guò)程在800℃下便可以進(jìn)行,并且粒徑較小的氮化鋁粉末更易被氧化。而氮化鋁水解氧化過(guò)程有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的起始階段,此階段反應(yīng)進(jìn)行較緩慢。在陶瓷燒結(jié)過(guò)程中,利用碳黑埋粉,可產(chǎn)生碳熱還原作用,避免了氮化鋁的氧化。
　　 通過(guò)改變制備工藝,進(jìn)行了氮化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié),研究了不同條件對(duì)氮化鋁陶瓷致密度的影響。結(jié)果表明:在氮化鋁陶瓷的低溫?zé)Y(jié)中,單一添加Y2O3為燒結(jié)助劑可以與

3、氮化鋁中的氧雜質(zhì)反應(yīng),凈化晶格,但是不能有效促進(jìn)陶瓷體積收縮與致密度提高,其燒結(jié)過(guò)程依然依靠擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)。提高坯體成型壓力可以促進(jìn)納米級(jí)氮化鋁燒結(jié)致密化,但此影響伴隨燒結(jié)溫度的提高而逐漸微弱。亞微米級(jí)氮化鋁原料在低溫?zé)Y(jié)過(guò)程中,表面擴(kuò)散到體積擴(kuò)散轉(zhuǎn)變是在1500℃-1550℃之間完成的。而納米級(jí)氮化鋁原料擴(kuò)散轉(zhuǎn)變溫度較低,可以在較低溫度下提高致密度。
　　 以液相燒結(jié)機(jī)理和相圖作為理論基礎(chǔ),研究了燒結(jié)助劑對(duì)氮化鋁高溫?zé)Y(jié)行為的影響。

4、結(jié)果表明:單獨(dú)添加Y2O3作燒結(jié)助劑促進(jìn)燒結(jié)動(dòng)力不足,燒結(jié)體微觀行貌具有缺陷,且陶瓷仍未完全致密。采用CaF2或CaO與Y2O3搭配做復(fù)合助劑,在燒結(jié)過(guò)程中能有效降低最低與Al2O3的共熔溫度,較早產(chǎn)生液相,使氮化鋁陶瓷完全致密化。選取CaF2與Y2O3搭配使用比CaO更利于氮化鋁陶瓷燒結(jié)。添加3wt％Y2O3—2wt％CaF2作為復(fù)合燒結(jié)助劑,在1800℃下燒結(jié)的氮化鋁陶瓷樣品微觀結(jié)構(gòu)良好,第二相分布于三角晶界處。燒結(jié)體致密度高,密度

5、高達(dá)3.35 g／cm3。
　　 介于氮化鋁粉末的易水解特點(diǎn),利用磷酸對(duì)氮化鋁粉末進(jìn)行酸洗處理制備了具有較高抗水解能力的氮化鋁粉末。研究了磷酸酸洗預(yù)處理對(duì)于氮化鋁高溫?zé)Y(jié)過(guò)程的影響。結(jié)果表明:磷酸酸洗提高了氮化鋁粉末的抗水性,優(yōu)化了粉末的燒結(jié)性能,有利于氮化鋁陶瓷的制備,在1800℃燒結(jié)的氮化鋁陶瓷密度為3.223 g／cm3。氮化鋁粉末經(jīng)酸洗處理后的燒結(jié)產(chǎn)物沒(méi)有新相生成,實(shí)驗(yàn)中也并未發(fā)現(xiàn)磷酸酸洗對(duì)燒結(jié)體微觀結(jié)構(gòu)物相有任何不良影