氮化铝(AlN)陶瓷作为一种新型的电子器件封装基板材料,具有热导率高、强度高、热膨胀系数低、介电损耗小、耐高温及化学腐蚀,绝缘性好,而且无毒环保等优良性能,是被国内外一致看好很具有发展前景的陶瓷材料之一。作为一种非常适合用于高功率、高引线和大尺寸芯片封装基板材料,氮化铝陶瓷基板的热导率一直是行业内关注研究的难题,目前商用氮化铝基板的热导率距离其理论热导率还有很大的差距,因此,在降低氮化铝陶瓷烧结温度的同时研制出更高热导率的氮化铝陶瓷基板,对于电子器件的快速发展有着重大意义。要想制备出热导率更高的氮化铝基板,就要从其导热原理出发,探究究竟哪些因素影响了热导率。制约氮化铝商品化的主要因素就是价格问题。深圳陶瓷氮化铝粉体品牌
目前AlN基片较常用的烧结工艺一般有5种,即热压烧结、无压烧结、放电等离子烧结(SPS)、微波烧结和自蔓延烧结。热压烧结是在加热粉体的同时进行加压,利用通电产生的焦耳热和加压造成的塑性变形来促进烧结过程的进行。相对于无压烧结来说,热压烧结的烧结温度要低得多,而且烧结体致密,气孔率低,但其加热、冷却所需时间较长,且只能制备形状不太复杂的样品。热压烧结是目前制备高热导率致密化AlN陶瓷的主要工艺。由于AlN具有很强的共价性,故其在常压烧结时需要的烧结温度很高。在常压烧结条件下,添加了Y2O3的AlN粉能产生液相烧结的温度为1600℃以上,且烧结温度要受AlN粒度、添加剂种类及添加剂的含量等因素的影响。常压烧结的烧结温度一般为1600~2000℃,保温时间为2h。微米氮化铝厂家推荐氮化铝可以用作高温结构件热交换器材料等。
目前发现的适合作为烧结助剂的材料有Y2O3、CaO、Li2O、BaO、MgO、SrO2、La2O3、HfO2和CeO2等不与AlN发生反应的氧化物,以及一些稀土金属与碱土金属的氟化物和少量具有还原性的化合物(CaC2、YC2、TiO2、ZrO2、TiN等)。单独采用某种单一的烧结助剂,在常压下烧结通常需要高于1800℃的温度,利用复合助剂,设计合理的助剂及配比,可以进一步有效降低烧结温度,也是目前普遍采用的一种氮化铝低温烧结方法。氮化铝陶瓷基板电子封装领域的应用范围越来越广,目前也有一些国内企业在这个领域有所建树,然而相对于早已接近红海的海外市场,我国的氮化铝陶瓷基板的发展仍处于起步阶段,在高性能粉体及高导热基板的制备生产上仍有一定的差距。深入了解材料的作用机理,从根源上“对症下药”,才能让我国的陶瓷基板产业更上一个台阶。
氮化铝陶瓷的应用: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。氮化铝陶瓷基片,热导率高,膨胀系数低,强度高,耐高温,耐化学腐蚀,电阻率高,介电损耗小,是理想的大规模集成电路散热基板和封装材料。氮化铝硬度高,超过传统氧化铝,是新型的耐磨陶瓷材料,但由于造价高,只能用于磨损严重的部位.利用AIN陶瓷耐热耐熔体侵蚀和热震性,可制作GaAs晶体坩埚、Al蒸发皿、磁流体发电装置及高温透平机耐蚀部件,利用其光学性能可作红外线窗口。氮化铝薄膜可制成高频压电元件、超大规模集成电路基片等。氮化铝耐热、耐熔融金属的侵蚀,对酸稳定,但在碱性溶液中易被侵蚀。AIN新生表面暴露在湿空气中会反应生成极薄的氧化膜。 利用此特性,可用作铝、铜、银、铅等金属熔炼的坩埚和烧铸模具材料。AIN陶瓷的金属化性能较好,可替代有毒性的氧化铍瓷在电子工业中较广应用。氮化铝还是电绝缘体,介电性能良好,用作电器元件也很有希望。
氮化铝是共价键化合物,属于六方晶系,纤锌矿型的晶体结构,呈白色或灰白色。室温强度高,且强度随温度的升高下降较慢。氮化铝导热性好,热膨胀系数小,是良好的耐热冲击材料。具有优异的抗热震性。AlN的导热率是Al2O3的2~3倍,热压时强度比Al2O3还高。氮化铝对Al和其他熔融金属、砷化镓等具有良好的耐蚀性,尤其对熔融Al液具有极好的耐侵蚀性,还具有优良的电绝缘性和介电性质。但氮化铝的高温抗氧化性差,在大气中易吸潮、水解,和湿空气、水或含水液体接触产生热和氮并迅速分解。在2516℃分解,热硬度很高,即使在分解温度前也不软化变形。氮化铝和水在室温下也能缓慢地进行反应,而被水解。和干燥氧气在800℃以上进行反应。环氧树脂作为一种有着很好的化学性能和力学稳定性的高分子材料,它固化方便,收缩率低。大连球形氮化铝粉体
利用AlN陶瓷耐热耐侵蚀性,可用于制作坩埚、Al蒸发皿等高温耐蚀部件。深圳陶瓷氮化铝粉体品牌
氮化铝材料有陶瓷型和薄膜型两种。氮化铝热导率高、绝缘性能好电阻率高达4x lUfs7,"cm.,热膨胀系数小(2.55一3.8U; x i0一“K一‘,化学性能稳定,在innU℃时才与空气发生氧化。在真空中可稳定到ISUU}}。致密型氮化铝是抗水的,几乎不与浓无机酸发生反应。密度为3.26gIcm3,熔点24UU C'弹性模量为3U( -- 31 f7C}Pa,抗弯强度为2sa一350MPa ,莫氏硬度为g.A1N陶瓷用粉末冶金法制得』氮化铝薄膜用反应溅射法制得。AlU陶瓷片川于大功率半导体集成电路和大功率的厚模电路,AIN薄膜用于薄膜器件的介质和耐磨、耐热、散热好的镀层。深圳陶瓷氮化铝粉体品牌
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