陶瓷线路板的耐热循环性能是其可靠性关键参数之一。本文对陶瓷基板在反复周期性加热过程中发生的变形情况进行了研究。通过实验发现,陶瓷覆铜板在周期性加热过程中,存在类似金属材料在周期载荷作用下出现的棘轮效应和包辛格效应。结合ANSYS有限元计算结果,可以推断,陶瓷线路板的失效开裂与金属层的塑性变形或位错运动直接相关。另外,活性金属钎焊陶瓷基板的结构稳定性优于直接覆铜陶瓷基板。随着功率器件工作电压、电流的增加和芯片尺寸不断减小,芯片功率密度急剧增加,对芯片的散热封装的可靠性提出了更高挑战。传统柔性基板或金属基板已满足不了第三代半导体模块高功率、高散热的要求,陶瓷基板具有良好的导热性、耐热性、绝缘性、低热膨胀系数,是功率电子器件中关键基础材料。陶瓷基板由金属线路层和陶瓷层组成,由于陶瓷和金属之间存在较大的热膨胀差异,使用过程中产生的热应力会造成基板开裂失效,因此,对陶瓷基板耐热循环可靠性研究具有重要意义。影响氮化铝陶瓷热导率的主要因素有晶格的氧含量、致密度、显微结构、粉体纯度等。嘉兴导热氮化硼商家
氮化铝是氮和铝的化合物,化学式为AIN,六方晶系。颜色淡蓝或绿色。莫氏硬度5。理论密度3.26g/cm²。升华分解温度2450C,导热系数高(0.072cal/(cm·C))膨胀系数6.09×10~/C,抗热震性能好,能耐2200~20℃的急冷急热。AIN在800C可能被氧化,因而作耐火材料时需加注意,但在1300C左右具有较好的抗氧化性能。温度更高,因氧化物保护层开裂破坏,氧化加速。AIN不易被液体铜、铝、铅润湿。它与AI2O2非常相容,在1600C下可形成y一氧氮化铝(y-AION)。y-AION即Sialon(塞隆),化学式3AIN·7ALO2。7-AION的机械性质与AIN相近,而抗化学侵蚀性能比AIN更好,可制造AIN基耐火材料。”-AION抗热震性优于ALO3和MgO等氧化物耐火材料而其抗腐蚀性又优于SiC和Si,N,等非氧化物耐火材料。AIN容易水解。介电常数8.5.电阻率2×10"Q-cm,是良好的电绝缘体。作为耐火材料领域的应用,可用AIN质堆塌拉制四、N族元素单晶,还可用AIN制砖砌筑金属精炼炉内衬,以及用AIN制造金属熔池用的浸入式热电偶套管。天津纳米氮化硼销售公司氮化铝薄膜用于薄膜器件的介质和耐磨、耐热、散热好的镀层。
氮化铝陶瓷的流延成型:粘结剂和增塑剂,在流延浆料中加入粘结剂与增塑剂主要是为了提高薄片的强度和改善薄片的韧性及延展性。流延薄片在室温下自然干燥时,溶剂不断挥发,粘结剂则能自身固化成三维网络结构防止薄片中的颗粒沉降,并且赋予薄片一定的强度。增塑剂的引入保证了薄片的柔韧性,同时降低了粘结剂在室温和较低温度时的玻璃化转变温度。流延成型的工艺特点:优点:设备不太复杂,工艺稳定,可连续生产,效率高,自动化程度高,坯膜性能均一且易于控制, 适于制造各种超薄形陶瓷器件,氧化铝陶瓷基片等。缺点:坯体密度小,收缩性高。
致密度不高的材料热导率也不会高。为了获得高致密度的氮化铝陶瓷,一般采取的方法有:使用超细粉、改善烧结方式、引入烧结助剂等方法。因此,氮化铝粉体粒径的大小会直接影响到氮化铝陶瓷烧结的致密度。超细氮化铝粉体由于其高的比表面积,会在烧结的过程中增加烧结的推动力,加速烧结的过程。此外,粉体的尺寸变小也就意味着物质的扩散距离变短,高温下有利于液相物质的生成,极大地加强了流动传质作用。由于氮化铝自扩散系数小,烧结非常困难。只有使用纯度高的超细粉,才可以在烧结的过程中尽可能地减少气孔的出现,保持高致密度。因此,据中国粉体网编辑的了解,工业上一般要求超细氮化铝粉体的D50(即颗粒累积分布为50%的粒径)尺寸尽可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均匀。氮化铝还是由六方氮化硼转变为立方氮化硼的催化剂。
流延成型的体系,有机流延体系和水基流延体系。有机流延体系所用到的添加剂的成分均有毒,对绿色生产提出了很大的挑战。近年来,研究者一直致力于寻找添加剂毒性小的流延成型方法。郭坚等以无水乙醇和异丙醇为混合溶剂,利用流延成型制备AlN生坯,烧结后得到AlN陶瓷的热导率为178 W/(m·K)。水基流延体系因为其绿色环保等特点,成为流延成型发展趋势。但其在成型后需要对陶瓷生坯进行干燥,目前干燥技术还有待进一步完善。相对而言,流延成型的生产效率高,产品质量高,但此种方法存在的局限性是只能成型简单外形的陶瓷生坯,无法满足复杂外形的陶瓷生坯成型要求。近年来,随着微电子技术的飞速发展,大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异形封装和散热器件的需求正在每年成倍增加,因而需要越来越多的微型、复杂形状高导热AlN陶瓷零部件,但是传统的加工方法很难制备出形状和尺寸精度满足需要的零部件。于是,另一种成型方法——粉末注射成型获得越来越多的关注。氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小。温州绝缘氮化铝粉体商家
陶瓷注射成型粘结剂须具备以下条件:流动特性好,注射成型黏度适中,且黏度随温度不能波动太大。嘉兴导热氮化硼商家
由于氮化铝具有与铝、钙等金属不润湿等特性,所以可以用其作坩埚、保护管、浇注模具等。将氮化铝陶瓷作为金属熔池可以用在浸入式热电偶保护管中,由于它不粘附熔融金属,在800~1000度的熔池中可以连续使用大约3000个小时以上并且不会被侵蚀破坏。此外,由于氮化铝材料对熔盐砷化镓等材料性能稳定,那么将氮化铝坩埚替代玻璃进行砷化镓半导体的合成,能够完全消除硅的污染而得到高纯度的砷化镓。氮化铝陶瓷拥有高硬度和高温强度性能,可制作切割工具、砂轮、拉丝模以及制造工具材料、金属陶瓷材料的原料。嘉兴导热氮化硼商家
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