오늘날은 의심할 여지 없이 정보 기술의 시대가 도래하고 있습니다. 마이크로전자공학 산업의 급속한 발전으로 질화알루미늄 세라믹은 초대형 집적 회로 생산에서 즉각적인 성공을 거두었습니다. 그리고 열전도율이 높은 세라믹 기판 및 포장재로 주목받고 있다.
AlN의 열전도율은 현재 가장 널리 사용되고 있는 Al2O3 세라믹의 7배에 달하는 반면, 유전율은 낮고, 알루미나는 우수한 전기적 특성, 고강도, 저밀도 및 무독성에 필적합니다. 그러나 이득과 손실이 있습니다. 현재 질화알루미늄 기판은 더 큰 딜레마에 직면해 있으며, 이는 비용이 어느 정도 적용 촉진에 영향을 미치고 있습니다.
그렇다면 이러한 비용은 어디에서 발생합니까? 앞서 언급한 바와 같이 AlN은 열전도율이 우수하지만 세라믹의 불순물 및 결함으로 인해 제품의 열전도율은 이론적인 값과는 거리가 멀다.
따라서 이론적 열전도율에 최대한 근접하고 AlN 자체의 장점을 강조하기 위해 제조업체는 명백한 성능 단점을 피하기 위해 준비에 주의를 기울여야 합니다. 각 프로세스의 우수성은 높은 비용을 초래합니다.
AlN 분말의 제조
최종 세라믹 제품을 준비하기 위한 원료로서 순도, 입자 크기, 산소 함량 및 기타 불순물은 열전도도, 소결 및 성형 공정에 중요한 영향을 미칩니다. 그리고 그들은 최종 제품의 우수한 성능의 초석입니다.
다음과 같이 AlN 분말을 합성하는 몇 가지 방법이 있습니다.
① 직접질화법 : 고온의 질소분위기에서 알루미늄분말을 질소와 직접 화학적으로 결합시켜 질화알루미늄분말을 생성하며, 반응온도는 일반적으로 800℃~1200℃ 범위이다..
③ 자기 증식 고온 합성법 : 알루미늄 분말의 직접 질화법으로, 강한 발열 반응으로 알루미늄 분말의 직접 질화 특성을 최대한 활용하여 알루미늄 분말을 질소점에서 사용하는 방법 알루미늄과 질소 사이의 높은 화학 반응열이 자체적으로 반응을 유지하여 AlN을 합성합니다.
④화학 기상 증착 방법: 알루미늄 휘발성 화합물과 질소 또는 암모니아 가스 반응을 사용하여 질화알루미늄 분말의 기상에서 침전. 알루미늄 소스의 선택에 따라 무기 및 유기 화학 기상 증착 방법으로 나뉩니다.
방법
이점
불리
직접질화법
강한 발열 반응, 쉬운 자기 소결, 간단한 공정, 대량 생산에 적합
기체-고체 확산에 의해 제어되어 고온 및 긴 반응 시간이 필요하고 품질 안정성이 낮으며 고순도의 세립 제품 합성이 어렵습니다.
탄소열환원법
고순도, 안정적인 성능, 미세하고 균일한 분말 크기의 합성 분말, 고급 분말 준비
공정조건에 민감, 높은 반응온도, 긴 합성시간, 2차 탈탄 필요, 고비용
화학 증착법
신뢰할 수 있는 공정, 공정 연속성 실현 용이, 고순도 나노스케일 분말 획득
낮은 생산 효율
자기 증식 고온 합성 방법
빠른 반응 속도, 짧은 합성 시간, 간단한 공정, 저렴한 비용, 높은 생산 효율 및 생산된 분말의 높은 활동성
반응 공정 제어가 어려워 고품질 분말 제조 어려움
유기염 분해법
연속 생산, 준비된 분말의 고순도, 초미세
높은 원자재 비용
플라즈마 화학 합성법
준비된 분말의 작은 입자 크기, 높은 활성 및 우수한 공정 성능
낮은 순도, 복잡한 장비
분명히, AlN 분말의 고순도, 미세 입자 크기 및 좁은 입자 크기 분포에 필요한 공정은 비용이 많이 들거나 준비 공정이 복잡하거나 생산 효율이 낮거나 장비가 높은 조건을 요구하며 이러한 일련의 결과 어려움은 고품질 질화알루미늄 분말의 높은 가격입니다.
AlN의 형성
AlN 분말에 대한 다양한 성형 공정이 있으며 성형, 열간 압착 및 등압 성형과 같은 전통적인 성형 공정이 적용 가능합니다. 그 중, 열간 압착 및 등방 압착은 고성능 벌크 질화알루미늄 세라믹 재료의 제조에 적합하지만, 높은 비용과 낮은 생산 효율은 전자 산업에서 증가하는 질화알루미늄 세라믹 기판에 대한 수요를 충족시킬 수 없습니다. 이 문제를 해결하기 위해 최근 사람들은 흐름 주조 방법을 사용하여 질화알루미늄을 형성합니다.세라믹 기질. 주조 방법은 또한 전자 산업에서 질화알루미늄 세라믹스의 주요 성형 공정이 되었습니다.
또한 AlN 분말의 강한 친수성으로 인해 산화를 줄이기 위해 성형 공정 중에 물과의 접촉을 최대한 피해야 하므로 유기 슬러리를 사용하여 질화알루미늄 세라믹 블랭크를 준비해야 합니다. 그러나 사용하는 유기용제는 휘발성이 강하여 환경과 인체에 악영향을 미친다. 또는 소수성 및 친수성 유기 물질의 도움으로 AlN 표면에 코팅 랩을 형성하거나 특정 산소 분압 분위기에서 열처리하여 치밀한 알루미늄 산화물 층을 형성하는 것과 같이 AlN 분말의 가수 분해에 대한 표면 저항을 향상시킵니다. 표면 등
AlN의 소결
질화알루미늄 소결 공정은 상대적으로 가혹하며, 소결 또는 핫 프레싱 소결 온도는 종종 1800℃ 이상이며, 둘 다 조밀한 소결을 달성하고 불순물 및 결정립계 단계의 함량을 감소시킬 뿐만 아니라 공정을 단순화하고 비용을 절감합니다. AlN 세라믹스의 핵심 소결 공정: 먼저 적절한 소결 공정과 분위기를 선택하십시오. 둘째, 적절한 소결 첨가제를 선택하십시오.
1.소결 공정
AlN 기판의 소결 공정은 자체 확산 계수가 작기 때문에 매우 어렵습니다.
① 고온 가압 소결: 세라믹을 일정한 압력 하에서 소결하면 가열 소결과 가압 성형을 동시에 할 수 있으므로 세라믹의 미세한 입자, 높은 상대 밀도 및 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다.
② 압력 소결 없음 : 소결 공정이 간단하고 대기압 소결 질화 알루미늄 세라믹의 일반적인 온도 범위는 1600-2000 ℃입니다. 소결 온도를 적절하게 높이고 유지 시간을 연장하면 질화알루미늄 세라믹스의 밀도를 향상시킬 수 있지만 강도는 상대적으로 낮습니다.
③ 마이크로웨이브 소결: 마이크로웨이브 소결은 마이크로웨이브와 매체 사이의 상호 작용을 사용하여 유전체 손실과 블랭크 소결 방법의 전체 가열을 사용하는 빠른 소결 방법입니다.
④ 방전 플라즈마 소결: 플라즈마 활성화, 핫 프레싱, 저항 가열 및 기타 기술을 통합합니다. 빠른 소결속도와 균일한 입도의 특징을 가지고 있으나 설비비용이 높고 가공물의 크기가 제한적이다.
⑤자가 증식 소결: 초고압 질소 가스 하에서 자가 증식 고온 합성 반응에 의해 치밀한 AlN 세라믹이 직접 준비됩니다. 그러나 원료 중의 Al이 쉽게 녹고 질소가 블랭크 내부로 침투하는 것을 방해하는 고온 연소 반응으로 인해 치밀한 AlN 세라믹을 얻기가 어렵다.
위의 5가지 소결 공정 중 Hot Pressing 소결은 높은 열전도율의 치밀화된 AlN 세라믹을 제조하기 위한 주요 공정입니다. 그러나 장비 요구 사항이 높고 생산 효율성이 낮은 더 복잡한 공정이므로 당연히 비용이 높아집니다.
2. 소결 분위기
현재 AlN 세라믹의 소결 분위기는 중성 분위기, 환원성 분위기 및 약환원성 분위기의 세 가지가 있습니다. 중성 분위기는 일반적으로 사용되는 N2를 사용하고 환원 분위기는 CO를 사용하며 약한 적색 분위기는 H2를 사용합니다.
환원 분위기에서 AlN 세라믹의 소결 시간과 유지 시간은 너무 길지 않아야 하며 소결 온도는 AlN의 환원을 피하기 위해 너무 높지 않아야 합니다. 중성 분위기에서는 위의 상황이 발생하지 않으므로 일반적으로 AlN 세라믹의 고성능을 얻기 위해 질소 소결을 선택합니다.
3. 소결첨가제 첨가
질화알루미늄 세라믹 기판의 소결 공정에서 공정과 분위기가 제품의 성능에 영향을 미치는 것을 제외하고 소결 첨가제의 선택도 특히 중요합니다.
AlN 소결 첨가제는 일반적으로 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이며, 소결 첨가제는 두 가지 주요 역할을 합니다. . 한편 높은 열전도율은 AlN 기판의 중요한 성능입니다. 산소 불순물 등 각종 결함이 존재하기 때문에 열전도율이 이론치보다 낮아 소결조제를 첨가하면 산소와 반응하여 격자를 완성시켜 열전도율을 높일 수 있다.
AlN 세라믹 소결에 사용되는 소결조제는 주로 Y2O3、CaO、Yb2O3、SM2O3、리2O3、B2O3、CaF2、YF3、CaC2, 등 또는 이들의 혼합물. 다중 복합 소결 보조제의 선택은 종종 단일 소결 보조제보다 더 나은 소결 효과를 얻을 수 있고, AlN 저온 소결을 달성하고, 에너지 소비를 줄이고, 연속 생산을 촉진할 수 있습니다. 낮은 적정선을 찾으려면온도 소결 첨가제, 제조업체는 종종 연구 개발에 많은 시간과 노력을 투자해야하므로 이 부분도 AlN 기판 가격에 반영됩니다.