陶瓷基板制造技术.ppt

AlN粉的制备*电子级AlN粉要求纯度高、烧结性活性好；01AlN粉中的杂质特别是氧的含量，对陶瓷基板的性能有显著影响；氧含量提高会严重降低基板的热导率；02粉体粒度、颗粒形态则是影响成型和烧结条件的关键因素。03铝粉直接氮化法*05040203012Al+N2→AlN简单易行，已经用于大规模生产；能够合成大量纯度较高的AlN粉，无副反应；金属铝在660℃熔化，大约在800℃时开始与N2反应；(铝在2490℃完全气化)强烈的放热反应，能够保证反应的顺利进行。铝粉直接氮化法缺点：*STEP1STEP2STEP3STEP4强烈的放热反应，反应过程难以控制，产品质量不稳定；制得的AlN粉往往有自烧结现象，一般难以得到颗粒微细、粒度均匀的AlN粉，需要后处理；转化率：铝粉氮化后表面形成的AlN层会阻碍N2向铝颗粒内部的扩散，阻碍反应继续进行，需长时间才能反应完全；为了得到高纯度的AlN粉，就需要采用高纯度的原料，相应的成本也高。Al2O3碳热还原法：*01020304Al2O3+N2+3C→2AlN+3CO常加入CaO、CaF2、Y2O3等作为催化剂；有效地降低活化能，提高反应速率；05AlN粉的纯度较高，成型和烧结性能都比较好；两步完成:第一步由C还原生成气相中间产物Al(g)、Al2O(g)；第二步氮化生成AlN；加适当过量的碳，既能加快反应速率，提高转换率，也有助于控制粉末团聚，获得理想的粒径分布；缺点：合成温度高，反应时间长，颗粒度比较大。06Al2O3碳热还原机理：C还原Al2O3Al2O3(s)+3C(s)?2Al(g)+3CO(g)Al2O3(s)+2C(s)?Al2O(g)+2CO(g)2Al(g)+N2(g)?2AlN(s)[或Al2O(g)+N2(g)+C(s)?2AlN(s)+CO(g)]Al2O3分解2Al2O3(s)?4Al(g)+3O2(g)2C(s)+O2(g)?2CO(g)2Al(g)+N2(g)?2AlN(s)CO还原氧化铝 Al2O3(s)+2CO(g)?Al2O(g)+2CO(g) Al2O(g)+2CO(g)+N2(g)?2AlN(s)+CO(g)气溶胶(或气相反应)法：*用AlC13或金属铝的有机化合物为原料，通过与NH3进行气相反应合成AlN超细粉:AlCl3+NH3→AlN+3HClAl(C2H5)3+NH3→AlN+3C2H6AlC13与NH3反应一般在600~1100℃的温度范围内进行。010302随着温度的升高和NH3的相对浓度的增大，转化率及生成AlN粉的结晶程度随之提高。(HCl产生影响）01Al(C2H5)3克服HCl影响，反应温度较低(400℃即可迅速反应生成高纯AlN粉)。02气溶胶法适合进行连续化生产的AlN粉制造工艺。03方便地控制AIN颗粒的成核和生长速率，从而可以获得颗粒度一致的超细AlN粉。04(4)AlN基板的制造*AlN自扩散系数小常压下2440℃升华常规烧结使用超细粉制备基板：*纳米尺度的颗粒，在比该材料的熔化温度低的条件下熔融。颗粒的尺度越小，熔化温度越低。在超细状态下的AlN粉可以在比它的升华温度低得多的时候完成烧结。01受粉体的性能影响较大，如果小粒径的AlN粉没有达到一定的含量，是无法在设定的温度下完成烧结;02生产大量的纳米状态的AlN粉会提高生产成本;03需要解决超细粉的团聚问题，（给后续工艺带来一定的困难，比如流延成型等）。04热压(或热等静压)烧结法：*用于制造高性能的块体AlN陶瓷材料的制备;01工艺条件复杂，不适合进行批量生产；02只能制作简单形状的瓷体，并且共烧基板采用这种工艺会受到很大的局限性，无法用于电子封装基板的生产。03常压烧结法：助烧剂选择原则:在较低的温度与AlN颗粒表层的A12O3发生共溶，形成液相，这样才能降低烧结温度;产生的液相对AlN颗粒能够具有良好润湿性，有效起到烧结作用;助烧剂与A12O3有较强地结合能力，有利于去除氧杂质，净化AlN晶格。铝土矿的化学成分主要为Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O＋，五者总量占成分的95%以上，一般＞98%，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。