如何燒結(jié)制備氮化鋁陶瓷基板
氮化鋁陶瓷基板是電子信息行業(yè)中大規(guī)模集成電路封裝、散熱基板用關(guān)鍵材料,在國計民生的各行各業(yè)擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,如國家鼓勵實施的集成電路升級、LED照明、電子及微電子封裝、功率封裝,如晶閘管、整流管等;包括大功率器件、電力電子器件;汽車電子的IGBT及MOSFET功率模塊封裝等。作為新型功能材料,氮化鋁廣泛應(yīng)用于軍事和空間技術(shù)通訊、計算機(jī)、儀器儀表工業(yè)、電子設(shè)備、汽車、日用家電、辦公自動化等各個領(lǐng)域。如何燒結(jié)制備氮化鋁陶瓷基板是一個非常值得關(guān)注的問題。今天小編就來闡述有一下。
一,不同溫度和燒結(jié)環(huán)境中,氮化鋁陶瓷基板平整度表現(xiàn)不同
氮化鋁陶瓷基板在燒結(jié)過程中,會受到生坯中含有的氧雜質(zhì)影響,熱導(dǎo)率不能穩(wěn)定控制在170W/m·K以上,而且會產(chǎn)生不同程度的變形,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進(jìn)行加工,這不僅需要去除0.2-0.3mm厚度的表面,而且容易造成基板破碎,降低成品率。
將排膠后的氮化鋁生坯產(chǎn)品放入燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié),燒結(jié)溫度為1820℃,用除塵設(shè)備除去燒結(jié)后的氮化鋁基板表面的隔粘粉。該方法是常規(guī)的燒結(jié)方法,其產(chǎn)品的平整度合格率很難控制,通常低于90%。
將含有氮化鋁粉末的原料在壓力150Pa以下加熱到1500℃,再利用非氧化性氣體,在壓力為0.4MPa以上的加壓氣氛下升溫到1700~1900℃并進(jìn)行保持,然后以10℃/分鐘以下的冷卻速度冷卻到1600℃。單純加壓氣氛下燒結(jié)的氮化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率,很難穩(wěn)定控制在170W/m·K以上。
在高溫箱式電爐中,對疊好的生膜片進(jìn)行排膠和燒結(jié);其排膠溫度控制在600℃以下,排膠升溫速率小于或等于0.5℃/min;所述燒結(jié)是:600℃至峰值溫度Tmax,燒結(jié)升溫速率為0.5~3℃/min,其中峰值溫度Tmax視陶瓷料而定,峰值溫度的保溫時間1~5h。該方法也屬于常規(guī)的燒結(jié)方法,其產(chǎn)品的平整度合格率很難控制,通常低于90%。
采用自蔓延粉體制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷的方法,陶瓷基片的制備過程中燒結(jié)溫度為1830~1890℃,燒結(jié)時間為8~12h。燒結(jié)所用的氣氛為氫氣與氮?dú)饣旌蠚怏w,所述氫氣與氮?dú)獾牧魉俦葹?:2~1:1。CN107986794A所述其特征是將經(jīng)過排完膠的生坯置入氮?dú)鉅t中,控制燒結(jié)時間為2~24小時,控制最高燒結(jié)溫度為1700~1900℃,控制燒結(jié)時間為4~6小時。該方法采用的自蔓延粉體即使經(jīng)過其專利中的預(yù)處理,也很難控制基板熱導(dǎo)率穩(wěn)定在170W/m·K以上。
一種高導(dǎo)熱陶瓷材料及其制造方法中,公開了一種采用氮?dú)鈿夥毡Wo(hù)下進(jìn)行燒結(jié)的方法,該方法中使將氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體充滿爐膛內(nèi),仍然存在爐膛內(nèi)殘留大量氧雜質(zhì)而影響物料的問題。
二,能保障導(dǎo)熱率又能提高合格率的氮化鋁陶瓷基板燒結(jié)方法。
一種氮化鋁陶瓷基板的燒結(jié)方法,在基板燒結(jié)過程中,使用惰性氣體對爐膛內(nèi)的氣氛進(jìn)行置換。
燒結(jié)方法采用可控的氮?dú)獗Wo(hù)氣氛,并定期置換爐內(nèi)氣氛,調(diào)整石墨燒結(jié)爐的爐膛壓力和爐內(nèi)化學(xué)物質(zhì)氣氛,排出雜質(zhì)氣氛,控制氮化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率和提升基板的平整度。這種生產(chǎn)加工的基板的熱導(dǎo)率可以穩(wěn)定控制在170W/m·K以上,基板平整度合格率為95%以上。
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