Im Bereich der High-Tech-Materialien sind Aluminiumnitrid-Keramiken (AlN) mit ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, den hervorragenden elektrischen Isolationseigenschaften und der hervorragenden mechanischen Festigkeit zum Kernmaterial in Schlüsselbereichen wie elektronischer Verpackung, Leistungselektronik und Mikrowellenkommunikationsgeräten geworden . Allerdings ist die Vorbereitung des Aluminiumnitrid-Substrats ein komplexer Prozess, bei dem der Sinterprozess und die Auswahl der Sinteradditive wichtige Auswirkungen auf die Eigenschaften des Endprodukts haben. In diesem Artikel wird ausgehend vom Vorbereitungsprozess des AlN-Keramiksubstrats die Auswahl der Sinterzusätze und deren Einfluss auf die Leistung des Substrats ausführlich erörtert und in Kombination mit Pionierforschung untersucht, wie die Gesamtleistung des Aluminiumnitridsubstrats verbessert werden kann durch Optimierung der Sinteradditive und des Sinterprozesses analysiert.
Vorbereitungstechnologie für Aluminiumnitrid-Substrat
Die Vorbereitung des Aluminiumnitrid-Substrats umfasst hauptsächlich die Vorbereitung des Rohmaterials, das Mischen, Formen, Sintern und andere wichtige Schritte.
1. Rohstoffvorbereitung
Die Rohstoffvorbereitung ist der erste Schritt bei der Vorbereitung des Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats, der hauptsächlich die Auswahl und das Verhältnis von Aluminiumnitridpulver, Aluminiumoxidpulver und Zusatzstoffen umfasst. Als Hauptmaterial muss Aluminiumnitridpulver die Eigenschaften hoher Reinheit, kleiner Partikelgröße, großer spezifischer Oberfläche, niedrigem Kohlenstoffgehalt und niedrigem Sauerstoffgehalt aufweisen. Aluminiumoxidpulver wird normalerweise als Teil des Sinterhilfsmittels verwendet, um während des Sinterprozesses ein Verbundoxid mit niedrigem Schmelzpunkt zu bilden und die Verdichtung von Aluminiumnitridkeramiken zu fördern. Additive dienen der Regulierung der Formgebungseigenschaften, Sintereigenschaften und mechanischen Eigenschaften des Materials.
2. Mischen und formen
Beim Mischprozess ist es notwendig, Aluminiumnitridpulver, Aluminiumoxidpulver und Zusatzstoffe in einem bestimmten Verhältnis zu mischen, um die Gleichmäßigkeit und Stabilität des nachfolgenden Formens sicherzustellen. Das Mischen kann trocken oder nass erfolgen. Das Formen erfolgt in der Regel durch Pressformen, Spritzgießen oder Gesenkformen usw., die gemischten Rohstoffe werden zu Knüppeln mit einer bestimmten Form und Größe verarbeitet.
3. Sintern
Sintern ist der letzte Prozess und der kritischste Schritt bei der Herstellung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten. Unter der Bedingung hoher Temperatur werden die Partikel im Barren durch Sintern zu einem dichten Keramiksubstrat verbunden. Beim Sintern müssen Temperatur, Atmosphäre und Zeit kontrolliert werden, um die Formqualität und Leistung des Keramiksubstrats sicherzustellen. Zu den am häufigsten verwendeten Sinterverfahren gehören Heißpresssintern, nichtpressendes Sintern, Mikrowellensintern, Entladungsplasmasintern und selbstausbreitendes Sintern.
Die Auswahl von Sinteradditiven und ihr Einfluss auf die Eigenschaften des Substrats
Sinteradditive spielen eine wichtige Rolle bei der Vorbereitung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten. Sie reagieren mit der Aluminiumoxidzusammensetzung auf der Oberfläche des Aluminiumnitridpartikels und bilden ein Verbundoxid mit niedrigem Schmelzpunkt, was zu einer flüssigen Phase im Sinterkörper führt. Diese flüssigen Phasen umgeben die Aluminiumnitrid-Partikel, und die Partikelumlagerung und die innere Porenentladung erfolgen unter der Wirkung der Kapillarkraft, und schließlich wird das kompakte Sintern der Aluminiumnitrid-Keramik realisiert.
1. Häufig verwendete Sinteradditive
Zu den häufig verwendeten Sinterhilfsmitteln für Aluminiumnitrid-Keramiksubstrate gehören CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2 und CeO2. Diese Materialien spielen im Sinterprozess eine doppelte Rolle: Erstens verbinden sie sich mit Aluminiumoxid auf der Oberfläche von Aluminiumnitridpartikeln und bilden flüssiges Aluminat, wodurch der Stoffübergang beschleunigt und das Sintern gefördert wird. Zweitens können sie mit Sauerstoff reagieren, um den Gittersauerstoffgehalt zu verringern und die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitridkeramiken zu erhöhen.
2. Prinzip der Auswahl von Sinteradditiven
Bei der Auswahl von Sinteradditiven muss deren Einfluss auf die Eigenschaften des Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats berücksichtigt werden. Einerseits sollen die Sinteradditive die Verdichtung von Aluminiumnitridkeramiken fördern, die Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit verbessern; Andererseits sollten Sinteradditive den Eintrag übermäßiger Verunreinigungen vermeiden, um die elektrischen Isolationseigenschaften und die chemische Stabilität von Aluminiumnitridkeramiken nicht zu beeinträchtigen. Daher sind bei der Auswahl von Sinteradditiven viele Experimente und Optimierungen erforderlich, um die beste Formel für Sinteradditive zu ermitteln.
3. Einfluss von Sinteradditiven auf die Substratleistung
Die Auswahl und der Gehalt an Sinteradditiven haben erheblichen Einfluss auf die Leistung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten. Beispielsweise kann Y2O3 als eines der häufig verwendeten Sinteradditive bei moderatem Gehalt die Wärmeleitfähigkeit und Biegefestigkeit von Aluminiumnitridkeramiken deutlich verbessern. Wenn jedoch der Gehalt an Y2O3 zu hoch ist, wird die Y-Al-O-Phase gebildet, was zu einer erheblichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit führt. Daher ist es bei der Vorbereitung eines Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats notwendig, den Gehalt an Sinteradditiven genau zu steuern, um die beste Leistung zu erzielen.
Verbesserte Leistung des AlN-Substrats
Um den hohen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten in verschiedenen Anwendungsbereichen gerecht zu werden, erforschen Forscher ständig neue Sinteradditive, optimieren Sinterprozesse und entwickeln neue Herstellungstechnologien.
1. Entwicklung neuer Sinteradditive
Um die Leistung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten weiter zu verbessern, entwickeln Forscher aktiv neue Sinteradditive. Beispielsweise kann durch die Einführung von Seltenerdelementen oder Übergangsmetallelementen die Gitterstruktur von Aluminiumnitridkeramiken optimiert werden, um die Wärmeleitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus können durch den Einsatz von Verbundsinteradditiven vielfältige Eigenschaften erreicht werden.
2. Optimierung des Sinterprozesses
Die Optimierung des Sinterprozesses ist der Schlüssel zur Verbesserung der Leistung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten. Durch die Anpassung von Sintertemperatur, Haltezeit und Atmosphäre kann die Mikrostruktur von Aluminiumnitridkeramiken genau gesteuert werden. Beispielsweise können Schnellsinterverfahren wie Mikrowellensintern oder Entladungsplasmasintern die Sinterzeit deutlich verkürzen und die Produktionseffizienz verbessern. Gleichzeitig können die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Al-Nitrid-Keramiken durch die präzise Steuerung des Sauerstoffgehalts und des Temperaturgradienten in der Sinteratmosphäre weiter optimiert werden.
3. Innovation der Aufbereitungstechnologie
Im Zuge der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Vorbereitungstechnologie erforschen Forscher ständig neue Vorbereitungsmethoden, um die Leistung von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten zu verbessern. Beispielsweise kann die präzise Vorbereitung eines Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats durch den Einsatz fortschrittlicher Formtechnologien wie Gussformen und Spritzgießen erreicht werden. Darüber hinaus können die Schweißleistung, Stabilität und Korrosionsbeständigkeit des Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats durch stromloses Verkupfern, Einkapseln des Keramiksubstrats und andere Nachbehandlungsprozesse weiter verbessert werden.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Vorbereitung des Aluminiumnitrid-Keramiksubstrats und die Auswahl der Sinteradditive wichtige Auswirkungen auf seine Eigenschaften haben. Die umfassenden Eigenschaften von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten können durch die Optimierung der Sinterhilfsformel, die Verbesserung des Sinterprozesses und die Entwicklung neuer Vorbereitungstechnologien deutlich verbessert werden. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Materialwissenschaften und der Vorbereitungstechnologie wird der Anwendungsbereich von Aluminiumnitrid-Keramiksubstraten in Zukunft weiter ausgebaut und die Entwicklung elektronischer Verpackungen, leistungselektronischer Geräte und Mikrowellenkommunikationsgeräte stark unterstützt. Gleichzeitig müssen wir den Entwicklungstrend neuer Technologien und neuer Materialien genau beobachten, den Forschungshorizont ständig erweitern und den kontinuierlichen Fortschritt und die Innovation der Aluminiumnitrid-Keramiksubstrattechnologie fördern.
