氮化鋁陶瓷及其表面金屬化研究.pdf

1、氮化鋁（AIN）陶瓷是最理想的高導(dǎo)熱基板和封裝材料，可廣泛應(yīng)用于高功率器件、電路和組件。本文以稀土氧化物（Y2O3）、堿土金屬氧化物（CaO）及其復(fù)合添加途徑，研究了高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷及厚膜基片的組成、流延工藝、無壓燒結(jié)及物理性能。采用CaO-B2O3-SiO2-BaO系玻璃結(jié)合工藝和TiB2反應(yīng)結(jié)合工藝，研究了強(qiáng)共價(jià)鍵型氮化鋁陶瓷的表面金屬化，金屬相、粘接相對厚膜金屬化性能的影響。采用XRD，DTA-TG，SEM分析表征了相組成、熱工藝

2、過程及顯微結(jié)構(gòu)，采用激光熱導(dǎo)、四探針測試、拉伸試驗(yàn)等測定了熱導(dǎo)率、金屬化方阻、金屬化層的結(jié)合強(qiáng)度。優(yōu)化出的氮化鋁陶瓷基片導(dǎo)熱性能優(yōu)異，實(shí)用價(jià)值高，金屬化結(jié)合可靠，方阻小。 氮化鋁陶瓷及基片的研究顯示，粉體對氮化鋁陶瓷性能及工藝的影響顯著，碳熱還原制備的氮化鋁陶瓷粉料具有細(xì)的顆粒尺寸、窄的粒徑分布和球形顆粒形貌，從而在成型、燒結(jié)方面優(yōu)于其它工藝制得的粉料，用其制得的陶瓷顯微結(jié)構(gòu)均勻、最高熱導(dǎo)率可達(dá)248W/m.K。氮化鋁陶瓷流延工

3、藝采用以PVB為粘結(jié)劑的非水基流延成型體系，通過對粉料、流變性、粘度的研究及工藝參數(shù)的優(yōu)化，可獲得表面平整、結(jié)構(gòu)致密、微觀均勻的氮化鋁流延生帶。氮化鋁陶瓷燒結(jié)助劑的研究表明，氧化鈣對氮化鋁陶瓷的燒結(jié)具有最強(qiáng)的促進(jìn)作用，氧化釔的添加具有最高的熱導(dǎo)率，而復(fù)合添加兼顧了高導(dǎo)熱和低溫?zé)Y(jié)的特征。氮化鋁陶瓷燒結(jié)過程與可燒結(jié)性的研究表明，燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間對氮化鋁陶瓷的影響主要體現(xiàn)在密度和熱導(dǎo)率方面，適當(dāng)提高燒結(jié)溫度和延長保溫時(shí)間可以提高氮化鋁陶瓷

4、的密度和熱導(dǎo)率。 在低熔CaO-B2O3-SiO2-BaO體系玻璃結(jié)合劑的研究中，當(dāng)金屬漿料固含量不變、玻璃含量為10％時(shí)，Ag導(dǎo)體層與AIN基片之間附著力最大，達(dá)到11.74MPa，且隨著玻璃含量的增加，方阻逐漸增大，當(dāng)玻璃含量超過15％，方阻可大于46mΩ/□。對CaO-B2O3-SiO2-BaO玻璃體系與氮化鋁基片潤濕行為的研究發(fā)現(xiàn)，高溫下玻璃傾向于在基片表面處富集，并向晶界內(nèi)擴(kuò)散。在反應(yīng)結(jié)合氮化鋁厚膜金屬化研究中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)