電子封裝用AlN燒結(jié)工藝及機理.pdf

1、氮化鋁陶瓷導熱性能良好,是集成電路基板和電子封裝的理想材料。但氮化鋁為強共價鍵結(jié)合物,熔點高,自擴散系數(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。并且氮化鋁對氧的親和力很強,在陶瓷制備過程中容易引入氧雜質(zhì),造成導熱性下降。本文通過常壓燒結(jié)氮化鋁陶瓷,研究了不同制備工藝和選取不同燒結(jié)助試劑對氮化鋁陶瓷的的燒結(jié)過程的影響。
　　 通過分析氮化鋁陶瓷制備過程中引入氧雜質(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氮化鋁氧化的影響。結(jié)果表明:氮化鋁熱氧化過程在800℃下便可以進行,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程有一個較長時間的起始階段,此階段反應進行較緩慢。在陶瓷燒結(jié)過程中,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。
　　 通過改變制備工藝,進行了氮化鋁陶瓷的低溫燒結(jié),研究了不同條件對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燒結(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,凈化晶格,但是不能有效促進陶瓷體積收縮與致密度提高,其燒結(jié)過程依然依靠擴散實現(xiàn)。提高坯體成型壓力可以促進納米級氮化鋁燒結(jié)致密化,但此影響伴隨燒結(jié)溫度的提高而逐漸微弱。亞微米級氮化鋁原料在低溫燒結(jié)過程中,表面擴散到體積擴散轉(zhuǎn)變是在1500℃-1550℃之間完成的。而納米級氮化鋁原料擴散轉(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)機理和相圖作為理論基礎(chǔ),研究了燒結(jié)助劑對氮化鋁高溫燒結(jié)行為的影響。

4、結(jié)果表明:單獨添加Y2O3作燒結(jié)助劑促進燒結(jié)動力不足,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搭配做復合助劑,在燒結(jié)過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3.35 g／cm3。
　　 介于氮化鋁粉末的易水解特點,利用磷酸對氮化鋁粉末進行酸洗處理制備了具有較高抗水解能力的氮化鋁粉末。研究了磷酸酸洗預處理對于氮化鋁高溫燒結(jié)過程的影響。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)物沒有新相生成,實驗中也并未發(fā)現(xiàn)磷酸酸洗對燒結(jié)體微觀結(jié)構(gòu)物相有任何不良影