Каковы способы повышения теплопроводности AlN?

Керамика из нитрида алюминия (AlN) широко используются в электронной упаковке и рассеивании тепла благодаря своей превосходной теплопроводности. Однако примеси и условия спекания существенно влияют на их производительность. В этой статье рассматриваются ключевые подходы к улучшению теплопроводности AlN, включая очистку порошка, добавки для спекания, оптимизацию процесса и длительное спекание.

(1) Контроль качества порошка AlN и снижение содержания примесей кислорода

Улучшение метода синтеза порошок AlN для получения высокочистого порошка с размером частиц менее 1 мкм и содержанием кислорода 1% является предпосылкой для приготовления керамики AlN с высокой теплопроводностью. Кроме того, для порошка AlN, содержащего спекающие добавки, введение соответствующего количества углерода может восстановить и науглерожить оксиды на поверхности порошка AlN во время процесса спекания перед уплотнением, тем самым повышая теплопроводность керамики AlN. С этой точки зрения порошок AlN, полученный методом карботермического восстановления, может быть более благоприятным для улучшения теплопроводности керамики AlN.

(2) Выбор подходящих типов и количеств спекающих добавок

Обширные исследования показали, что оксиды и фториды редкоземельных металлов, оксиды и фториды щелочноземельных металлов и т. д. могут служить в качестве спекающих добавок для улучшения теплопроводности AlN. Спекающие добавки реагируют с оксидом алюминия в AlN с образованием жидких фаз алюмината, облегчая жидкофазное спекание и уплотнение сырого тела. С другой стороны, спекающие добавки могут снижать содержание кислорода в решетке AlN, одновременно улучшая контакт между частицами AlN, тем самым улучшая теплопроводность. Однако количество добавок должно быть соответствующим — избыточное количество увеличивает содержание примесей и ухудшает теплопроводность, в то время как недостаточное количество не может служить эффективными спекающими добавками. Как упоминалось ранее, недавние исследования показали, что композитные добавки более эффективны, чем отдельные добавки, в повышении теплопроводности, а также в снижении температуры спекания.

Эффективность добавок в улучшении теплопроводности подтверждена многочисленными экспериментами. Введение подходящих добавок в настоящее время является широко распространенным методом. Однако единого вывода относительно выбора и сочетания добавок, их оптимального количества или методов добавления не существует, что требует дальнейшего углубленного и систематического исследования.

(3) Оптимизация процессов спекания

Для керамики AlN медленный нагрев во время спекания более выгоден, чем быстрый нагрев, поскольку он не только уменьшает деформацию, но и улучшает уплотнение сырца, тем самым повышая эксплуатационные характеристики керамики AlN.

Процесс спекания также включает оптимальную температуру спекания. Если температура слишком высокая, происходит чрезмерный рост зерен, увеличивается фаза границ зерен и уменьшается уплотнение, что отрицательно влияет на теплопроводность.

Соответствующее увеличение времени спекания может дополнительно очистить кристаллическую решетку, способствовать росту зерен и значительно снизить пористость, тем самым увеличивая теплопроводность.

Как правило, спекание в восстановительной атмосфере под защитой азота может уменьшить примеси кислорода в AlN за счет карботермическое азотирование и восстановление, что полезно для улучшения теплопроводности. Спекание под давлением значительно улучшает спекаемость AlN и снижает количество необходимых спекающих добавок. Увеличение давления улучшает уплотнение AlN, все это способствует улучшению характеристик керамики AlN. Кроме того, метод порошкового слоя также влияет на теплопроводность керамики AlN.

(4) Продление времени спекания

Помимо введения спекающих добавок и оптимизации процессов спекания, увеличение времени спекания также может улучшить теплопроводность керамики AlN. Например, отжиг в восстановительной атмосфере может удалить кислород и вторичные фазы из AlN. Накано и др. использовали аналогичный метод, подвергая спеченный AlN (с Y₂O₃) термической обработке в восстановительной азотной атмосфере при 1900°C. Через 20 часов теплопроводность достигла 220 Вт/м·К, а через 100 часов она увеличилась до 272 Вт/м·К.

О компании Xiamen Juci Technology

Компания Juci Technology, благодаря своему высокочистому сырью, технологии композитных добавок, точному процессу спекания и гибким возможностям настройки, стала одним из немногих отечественных предприятий, способных стабильно осуществлять массовое производство. керамика AlN с высокой теплопроводностью, особенно подходит для нужд высокотехнологичных областей, таких как высокомощные светодиоды, модули IGBT и аэрокосмическая промышленность.

Контакт для СМИ:
Сямэньская технологическая компания Juci, ООО

Телефон: +86 592 7080230
Электронная почта: miki_huang@chinajuci.com

Веб-сайт: www.jucialnglobal.com