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熱基板和封裝材料，可廣泛應用于高功率器件、電路和組件。本文以稀土氧化物（Y2O3）、堿土金屬氧化物（CaO）及其復合添加途徑，研究了高導熱氮化鋁陶瓷及厚膜基片的組成、流延工藝、無壓燒結及物理性能。采用CaO-B2O3-SiO2-BaO系玻璃結合工藝和TiB2反應結合工藝，研究了強共價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、過程及顯微結構，采用激光熱導、四探針測試、拉伸試驗等測定了熱導率、金屬化方阻、金屬化層的結合強度。優(yōu)化出的氮化鋁陶瓷基片導熱性能優(yōu)異，實用價值高，金屬化結合可靠，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、燒結方面優(yōu)于其它工藝制得的粉料，用其制得的陶瓷顯微結構均勻、最高熱導率可達248W/m.K。氮化鋁陶瓷流延工

3、藝采用以PVB為粘結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的優(yōu)化，可獲得表面平整、結構致密、微觀均勻的氮化鋁流延生帶。氮化鋁陶瓷燒結助劑的研究表明，氧化鈣對氮化鋁陶瓷的燒結具有最強的促進作用，氧化釔的添加具有最高的熱導率，而復合添加兼顧了高導熱和低溫燒結的特征。氮化鋁陶瓷燒結過程與可燒結性的研究表明，燒結溫度和燒結時間對氮化鋁陶瓷的影響主要體現(xiàn)在密度和熱導率方面，適當提高燒結溫度和延長保溫時間可以提高氮化鋁陶瓷

4、的密度和熱導率。 在低熔CaO-B2O3-SiO2-BaO體系玻璃結合劑的研究中，當金屬漿料固含量不變、玻璃含量為10％時，Ag導體層與AIN基片之間附著力最大，達到11.74MPa，且隨著玻璃含量的增加，方阻逐漸增大，當玻璃含量超過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，并向晶界內擴散。在反應結合氮化鋁厚膜金屬化研究中，發(fā)現(xiàn)當