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(guó)計(jì)民生的各行各業(yè)擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如國(guó)家鼓勵(lì)實(shí)施的集成電路升級(jí)、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(chē)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(jì)算機(jī)、儀器儀表工業(yè)、電子設(shè)備、汽車(chē)、日用家電、辦公自動(dòng)化等各個(gè)領(lǐng)域。如何燒結(jié)制備氮化鋁陶瓷基板是一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題。今天小編就來(lái)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(guò)程中，會(huì)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(huì)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(duì)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(shí)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(guò)程中燒結(jié)溫度為1830～1890℃，燒結(jié)時(shí)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(guò)排完膠的生坯置入氮?dú)鉅t中，控制燒結(jié)時(shí)間為2～24小時(shí)，控制最高燒結(jié)溫度為1700～1900℃，控制燒結(jié)時(shí)間為4～6小時(shí)。該方法采用的自蔓延粉體即使經(jīng)過(guò)其專(zhuān)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(kāi)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(mǎn)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(wèn)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(guò)程中，使用惰性氣體對(duì)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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