燒結(jié)助劑的添加方式對AlN陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、電子技術(shù)的發(fā)展對電子封裝材料的綜合性能提出越來越高的要求。傳統(tǒng)的Al2O3陶瓷基板已無法滿足大功率、高密度功率器件的使用要求,而AlN陶瓷具有高導(dǎo)熱、低介電常數(shù)及與Si、GaAs半導(dǎo)體材料相匹配的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異的性能,成為新一代陶瓷封裝材料,開展 AlN陶瓷新制備工藝及其結(jié)構(gòu)與性能的研究具有重要的工程應(yīng)用價值。本論文針對目前AlN陶瓷材料制備技術(shù)的不足,采用新的燒結(jié)助劑添加方式燒結(jié)制備AlN陶瓷,并對其結(jié)構(gòu)與性能開展研究。
　　

2、燒結(jié)助劑的均勻分布是獲得綜合性能優(yōu)良的AlN陶瓷的前提。目前,常見的AlN陶瓷燒結(jié)工藝采用以氧化物粉體的方式直接添加燒結(jié)助劑,氧化物粉在AlN粉體中難以均勻分布,AlN陶瓷局部易發(fā)生燒結(jié)助劑的偏聚或缺失,降低AlN陶瓷的性能。本文采用將AlN粉體與硝酸鹽-乙醇溶液均勻混合,經(jīng)煅燒,硝酸鹽分解成氧化物,均勻包裹在AlN粉體表面,對AlN陶瓷的燒結(jié)起促進(jìn)作用。
　　以硝酸鹽的形式添加CaO-Y2O3燒結(jié)助劑,CaO、Y2O3先分別與A

3、lN表面的Al2O3反應(yīng)生成 CaAl4O7和Y3Al5O12二元氧化物,1700℃燒結(jié)時,兩種二元氧化物結(jié)合生成CaYAl3O7;繼續(xù)升溫,CaYAl3O7分解成二元氧化物,在1800℃燒結(jié)后,鈣鋁酸鹽幾乎全部揮發(fā),僅剩余Y3Al5O12。燒結(jié)助劑的添加方式對AlN陶瓷的燒結(jié)致密化過程影響明顯。以脫水硝酸鹽形式添加燒結(jié)助劑,燒結(jié)制備的AlN陶瓷致密化程度高,晶粒生長均勻性好,第二相分布合理,其抗彎強(qiáng)度和熱導(dǎo)率均高于添加相同配比的氧化物

4、助燒劑燒結(jié)制備的AlN陶瓷。此外,通過調(diào)整燒結(jié)助劑的成分配比,在1725℃燒結(jié)的添加了1 wt％Y2O3和1 wt%CaO的AlN陶瓷中,AlN晶粒呈多面體形,晶界第二相含量少,且大多集中于三叉晶界處,其抗彎強(qiáng)度可達(dá)398.0 MPa,AlN陶瓷的斷裂呈現(xiàn)以沿晶斷裂為主,輔以少量解理斷裂的混合斷裂特征。1700℃燒結(jié)的添加了2 wt%Y2O3和2 wt%CaO的AlN陶瓷顯微組織結(jié)構(gòu)合理, AlN晶粒尺寸約為4μm,熱導(dǎo)率可達(dá)136.7