如何烧结制备氮化铝陶瓷基板

时间：2021-04-26

      氮化铝陶瓷基板是电子信息行业中大规模集成电路封装、散热基板用关键材料，在国计民生的各行各业拥有广泛的应用领域，如国家鼓励实施的集成电路升级、LED照明、电子及微电子封装、功率封装，如晶闸管、整流管等；包括大功率器件、电力电子器件；汽车电子的IGBT及MOSFET功率模块封装等。作为新型功能材料，氮化铝广泛应用于军事和空间技术通讯、计算机、仪器仪表工业、电子设备、汽车、日用家电、办公自动化等各个领域。如何烧结制备氮化铝陶瓷基板是一个非常值得关注的问题。今天小编就来阐述有一下。
       一，不同温度和烧结环境中，氮化铝陶瓷基板平整度表现不同
      氮化铝陶瓷基板在烧结过程中，会受到生坯中含有的氧杂质影响，热导率不能稳定控制在170W/m·K以上，而且会产生不同程度的变形，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进行加工，这不仅需要去除0.2-0.3mm厚度的表面，而且容易造成基板破碎，降低成品率。
将排胶后的氮化铝生坯产品放入烧结炉内烧结，烧结温度为1820℃，用除尘设备除去烧结后的氮化铝基板表面的隔粘粉。该方法是常规的烧结方法，其产品的平整度合格率很难控制，通常低于90%。
将含有氮化铝粉末的原料在压力150Pa以下加热到1500℃，再利用非氧化性气体，在压力为0.4MPa以上的加压气氛下升温到1700～1900℃并进行保持，然后以10℃/分钟以下的冷却速度冷却到1600℃。单纯加压气氛下烧结的氮化铝陶瓷基板的热导率，很难稳定控制在170W/m·K以上。
       在高温箱式电炉中，对叠好的生膜片进行排胶和烧结；其排胶温度控制在600℃以下，排胶升温速率小于或等于0.5℃/min；所述烧结是：600℃至峰值温度Tmax，烧结升温速率为0.5～3℃/min，其中峰值温度Tmax视陶瓷料而定，峰值温度的保温时间1～5h。该方法也属于常规的烧结方法，其产品的平整度合格率很难控制，通常低于90%。
       采用自蔓延粉体制备高导热氮化铝陶瓷的方法，陶瓷基片的制备过程中烧结温度为1830～1890℃，烧结时间为8～12h。烧结所用的气氛为氢气与氮气混合气体，所述氢气与氮气的流速比为1：2～1：1。CN107986794A所述其特征是将经过排完胶的生坯置入氮气炉中，控制烧结时间为2～24小时，控制较高烧结温度为1700～1900℃，控制烧结时间为4～6小时。该方法采用的自蔓延粉体即使经过其**中的预处理，也很难控制基板热导率稳定在170W/m·K以上,
        一种高导热陶瓷材料及其制造方法中，公开了一种采用氮气气氛保护下进行烧结的方法，该方法中使将氮气作为保护气体充满炉膛内，仍然存在炉膛内残留大量氧杂质而影响物料的问题。
       二，能**导热率又能提高合格率的氮化铝陶瓷基板烧结方法。
       一种氮化铝陶瓷基板的烧结方法，在基板烧结过程中，使用惰性气体对炉膛内的气氛进行置换。
烧结方法采用可控的氮气保护气氛，并定期置换炉内气氛，调整石墨烧结炉的炉膛压力和炉内化学物质气氛，排出杂质气氛，控制氮化铝陶瓷基板的热导率和提升基板的平整度。这种生产加工的基板的热导率可以稳定控制在170W/m·K以上，基板平整度合格率为95%以上。 
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