氮化铝陶瓷的烧结简介及调控

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1、氮化铝陶瓷的烧结简介及调控摘要：AlN陶瓷以其高的热导率、低的介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数等优点，在模块电路、可控硅整流器、大功率晶体管、大功率集成电路等电子器件上的应用日益广泛。然而AlN共价性强，烧结非常困难，通常使用稀土金属氧化物和碱土金属氧化物添加剂形成液相来促进烧结。关键词：氮化铝陶瓷烧结烧结助剂IntroductionandregulationofsinteringofaluminumnitrideceramicsAbstract:Aluminumnitrideisbeingusedmorewi

2、delyinelectronicdeviceformodulecircuit,siliconcontrolledrectifier,highpowertransistorandhighpowerintegratedcircuitbecauseofitshighthermalconductivity,lowdielectricconstantandthermalexpansioncoefficientclosetothatofsilicon.However,AlNisdifficulttosinterduetoi

3、tshighcovalentbonding.Forfulldensification,rare-earthand/oralkalineearthoxidesareoftenaddedassinteringaidsinthefabricationofA1Nceramics.Keywords:AlNceramic;Sinter;Conventionalsintered目录氮化铝陶瓷的烧结简介及调控2摘要2关键词21氮化铝陶瓷简介42氮化铝陶瓷的烧结43氮化铝烧结助剂64氮化铝陶瓷的应用74.1电子工业方面74.2高

4、温耐蚀材料方面74.3复合材料方面75展望8参考文献81氮化铝陶瓷简介随着信息技术和智能终端设备的飞速发展，大规模集成电路向着高速化、高效率、多功能、小型化的方向发展，各种应用对高性能、高密度电路的需求越来高。然而，电路密度和功能不断提高的同时，不可避免的导致电路工作温度不断上升，对电子设备的正常运行带来极大隐患。为了防止元件因热聚集以及热循环作用而导致损坏，对基板材料的低介电常数、低热膨胀系数、高热导率等方面提出越来越苛刻的要求。据了解，目前，市场上高热导率材料主要有BeO、SiC和AlN。BeO是一种性能优

5、异的封装材料，但遗憾的是，BeO是一种有毒的物质，对于含有BeO的元件或系统的使用也有着很多限制；SiC介电常数大，这个缺陷大大限制了SiC在高频领域的应用，不适合做基板材料；但是AlN不仅有高的热导率，而且具有优异的绝缘性、低介电常数以及与Si相近的热膨胀系数，另外，从结构上看AlN陶瓷基片在简化结构设计、提高可靠性、降低总热阻、增加布线密度、使基板与封装一体化以及降低封装成本等方面均具有更显著的优势【1】。因此，随着航空、航天及其他智能功率系统对大功率耗散要求的提高，AlN基片已成为大规模集成电路以及大功率

6、模块的一种重要的新型无毒基片材料。尽管AlN陶瓷的优异性能使其具有广泛的应用前景，但目前过高的价格/性能比使其工程化、产业化、商品化受到了许多限制。首先，化合物AlN在自然界并不存在，必须由人工方法合成。其次，与其他大多数氮化物一样，AlN是高熔点的强共价键化合物，难于烧结致密，必须加入添加剂并且通常在1850℃以上的高温进行烧结以获得高致密度和优良性能，因而导致制造成本居高不下。因此，尽管众多研究者仍致力于研究如何选取合适的原料和添加剂、严格控制烧结条件来制得具有高致密度和所需优良性能的AIN陶瓷。2氮化铝陶

7、瓷的烧结整个烧结过程一般可以被分解为下述7个阶段【2】：（l）颗粒之间形成接触；（2）烧结颈长大；（3）连通孔洞闭合；（4）孔洞圆化；（5）孔洞收缩和致密化；（6）孔洞粗化；（7）晶粒长大。图2.1陶瓷烧结简化图图2.1是陶瓷烧结过程的简化图。烧结也可分为烧结初期、烧结中期和烧结后期这几个阶段。烧结初期指的是颗粒之间形成接触和烧结颈长大阶段；烧结中期包括了连通孔洞闭合、孔洞圆滑和孔洞收缩与致密化阶段；烧结后期是指孔洞粗化和晶粒长大阶段。烧结过程中会发生物质的传递，这样能够使气孔逐渐得到填充，从而使坯体由疏松变得

8、致密。烧结过程有物质的传递过程，这样能够使气孔逐渐得到填充，使坯体由疏松变得致密。对烧结的物质传递方式和机理许多学者都进行了研究，提出了许多见解，目前主要有四种看法【3-4】，即：（l）蒸发和凝聚；（2）扩散；（3）粘滞流动与塑性流动；（4）溶解和沉淀。实际上烧结过程中的物质传递现象颇为复杂，不能用一种机理来说明一切烧结现象。多数学者认为，在烧结过程中可能有几种传质机理在起作用。但在一