丽水导热氮化铝

氮化铝陶瓷基板作为一种新型陶瓷基板，具有导热效率高、力学性能好、耐腐蚀、电性能优、可焊接等特点，是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。作为DPC、DBC、AMB等陶瓷覆铜板的陶瓷基板之一，氮化铝陶瓷基板用量十分巨大。因制备难度较大，目前国内氮化铝陶瓷基板仍以进口为主。氮化铝具有六方纤锌矿晶体结构，具有密度低、强度高、耐热性好、导热系数高、耐腐蚀等优点。由于铝和氮的原子序数小，氮化铝本身具有很高的热导率，其理论热导率可达319W/m·K。然而，在实际产品中，氮化铝的晶体结构不能完全均均匀分布，并且存在许多杂质和缺陷，使得其热导率低至170-230W/m·K。氮化铝具有不受铝液和其它熔融金属及砷化镓侵蚀的特性，特别是对熔融铝液具有极好的耐侵蚀性。丽水导热氮化铝

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。衢州球形氧化铝供应商氮化铝粉末纯度高，粒径小，活性大，是制造高导热氮化铝陶瓷基片的主要原料。

氮化铝粉体的合成方法：直接氮化法：在高温氮气氛围中，铝粉直接与氮气化合生产氮化铝粉末，反应温度一般在800℃~1200℃。反应式为：2Al＋Ｎ2→2AlN。该方法的缺点很明显，在反应初期，铝粉颗粒表面会逐渐生成氮化物膜，使氮气难以进一步渗透，阻碍氮气反应，致使产率较低；又由于铝和氮气之间的反应是强放热反应，速度很快，造成AlN粉体自烧结，形成团聚，使得粉体颗粒粗化。碳热还原法：将氧化铝粉末和碳粉的混合粉末在高温下（1400℃~1800℃）的流动氮气中发生还原氮化反应生成AlN粉末。其反应式为：Al2O3＋3Ｃ＋Ｎ2→２AlN＋3CO。该方法的主要难点在于，对氧化铝和碳的原料要求比较高，原料难以混合均匀，氮化温度较高，合成时间较长，而且还需对过量的碳进行除碳处理，工艺复杂，制备成本较高。

氮化铝选用高纯度且为微粉的“氮化铝粉末”，一般而言氧质量含量在1.2%以下，碳质量含量为0.04%以下，Fe含量为30ppm以下，Si含量为60ppm以下。氮化铝粉体的很大粒径很好控制在20μm以下的氮化铝粉末。此处，“氧”基本上属于杂质，但有防止过分煅烧的作用，因此为了防止煅烧导致的煅烧体强度下降优先选用氧质量含量在0.7%以上的氮化铝粉末。此外，在原料中常含有“煅烧助剂”，大多使用稀土金属化合物、碱土金属化合物、过渡金属化合物等。例如可选用氧化钇或氧化铝等，这些煅烧助剂与氮化铝粉体形成复合的氧化物液相，该液相带来煅烧体的高密度化，同时，提取氮化铝晶粒中属于杂质的氧，以结晶晶界的氧化物进行偏析，从而使氮化铝基板的导热率提高。氮化铝的商品化程度并不高，这也是影响氮化铝陶瓷进一步发展的关键因素。

氮化铝的热传导机理：热导率，也即导热系数，作为衡量物质导热能力的量度，是导热材料很重要的性质之一。AIN属于共价化合物，其分子内部没有可自由移动的电子，因此热量的传递是以晶格振动这种形式来实现的，这种方式叫“声子传热”。晶体内部温度高的部分能量大，温度低的部分能量小，能量通过声子之间互相作用，从高能量向低能量发生传递，能量的迁移导致热量的传导。可以看到，把晶格内部的原子看成小球，这些小球之间彼此由弹簧（共价键）连接起来，从而每个原子的振动都要牵动周围的原子，使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种晶格振动产生的能量量子，即“声子”，声子相互作用使振动传递，从而使能量迁移，传导热量。在现有可作为基板材料使用的陶瓷材料中，氮化硅陶瓷抗弯强度很高，耐磨性好。超细氮化铝商家

良好的粘结剂可起到形状维持的作用，且有效减少坯体变形和脱脂缺陷的产生。丽水导热氮化铝

AlN陶瓷基片的成型：流延成型制备氮化铝陶瓷基片的主要工艺，将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料，通过流延制成坯片，采用组合模冲成标准片，然后用程控冲床冲成通孔，用丝网印刷印制金属图形，将每一个具有功能图形的生坯片叠加，层压成多层陶瓷生坯片，在氮气中约700℃排除粘结剂，然后在1800℃氮气中进行共烧，电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。流延成型分为有机流延成型和水基流延成型两种。流延成型法在AlN陶瓷基片方面的应用具有极强的优势，如设备要求低，可连续生产、生产效率高、自动化程度高，其生产成本低廉，非常适合现代工业生产。注射成型：首先将AlN粉体与有机粘结剂按一定比例混合，经过造粒得到性能稳定的喂料，然后在注射成型机上成型素坯，再经过脱脂、烧结很终获得AlN陶瓷基片。丽水导热氮化铝

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