aln陶瓷低温烧结制备与性能研究

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1、济南大学硕}学位论文摘要随着电子信息技术的飞速发展，散热问题严重制约了电子元件向高密度、多功能、高速化和大功率的发展。AIN因具有高热导率、低介电常数、与Si相匹配的线胀系数、绝缘以及机械性能良好、成本低、无毒等优点，作为一种综合性能优越的新型电子陶瓷逐渐成为新一代集成电路封装材料的首选。AIN作为共价化合物，熔点高，自扩散系数小，通常都是通过高温烧结制备，高成本限制了AIN作为封装基板的应用。本文主要以纳米AlN粉体为原料，通过选取不同的烧结助剂和添加剂，合理控制烧结工艺，在1600℃低温常压烧结制备了致密的AlN陶瓷。本文研究了A1N陶瓷烧结过程的氧化现象，进行了空气氧化实验、气氛实验、

2、埋粉实验和温度实验等研究。研究发现，A1N在空气中600℃以下无氧化现象，800℃左右开始先变为无定形状态，1200℃时完全氧化成A1203相；在流动工业N2气氛下，使用A1N+4wt％无定形碳混合埋粉时，无氧化现象发生，在烧结过程中产生碳热还原气氛，有效地抑制了氮化铝陶瓷烧结过程的氧化问题，避免了使用高纯N2的高成本和使用一氧化碳或氢气作还原气氛的危险性。本文通过热力学分析和相图分析，确定了使用不同烧结助剂的实验方案。实验结果表明：添加Y203、CaF2等单一烧结助剂无法在1600。C获得致密的AIN陶瓷，在添加3wt％Y203．2wt％CaF2做烧结助剂时，1600。C保温4h锘lJ备了

3、接近理论密度的AIN陶瓷，相对密度分别达至1J99．4％，保温时间过短或过长都不利于AlN陶瓷的致密化，XRD分析表明主晶相为AIN相，晶界相为烧结助剂与A1203反应生成的化合物，断面SEM照片显示晶粒发育完善，气孔极少。制得A1N陶瓷的热导率为83．62W／m-K，维氏硬度为13．8GP，同时具有较低的相对介电常数和介电损耗。本文探索了碳纳米管作为添加剂对AIN陶瓷烧结过程的影响，分别探讨了多壁碳纳米管添加量对AlN陶瓷的相对密度、物相、断面形貌、介电性能和热导率的影响。实验结果表明：添加多壁碳纳米管的AlN在1550℃以下烧结时有利于致密化，但随着添加量的增多效果反而减弱，以1wt％的

4、添加量为最佳。碳纳米管的加入可以净化晶格，并不影响AIN的主晶相；随着碳纳米管含量的增加，A1N陶瓷的相对介电常数减小，电阻率下降；在添力111wt％碳纳米管的基础上，加入3wt％Y203-2wt％CaF2做烧结助剂制备了较致密的AIN陶瓷，热导率为90．57W／m·K，硬度为12．4GPa，具有较低的相对介电常数和介电损耗。介电性能和热导率测试表明C仍然存在AlN陶瓷内，尚无VAIN陶瓷低温烧结制备与件能研究法证明碳纳米管形态的存在。本文通过不同烧结助剂、添加剂的选取和烧结工艺的优化，在1600。C左右的低温制备了高热导率的A1N陶瓷，大大降低了烧结温度，为工业化生产A1N基板提供了极大的

5、参考价值。关键词：A1N陶瓷；低温烧结；烧结助剂；碳纳米管VI济南大学硕十学位论文ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofelectronicsandinformationtechnology，theproblemofheateliminationseriousrestricttheprogressofelectroniccomponentstothehi曲一density，multi—function，high-speedandhi曲一power．Aluminumnitrideisapromisingsubstrateandpackagematerialforhi

6、lghpowerintegratedcircuitsduetoauniquecombinationofpropertiesincludinghi曲theoreticalthermalconductivity，thermalexpansioncoefficientwhichisclosetothesilicon，hi曲electricalresistivity,andlowdielectricconstantandlOSS．Ascovalentcompound，A1Nhasahighmeltingpointandalowself-diffusivity．Italwaysrequireshigh

7、temperatureforsintering．Thehighcostlimitsitsapplicationasapackagesubstrate．Inthispaper，usingA1Nnano—powderasrawmaterial，byaddingdifferentsinteringaidsandadditivesandcontrolofsinteringprocessreasonably,AINce