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随着电子封装技术向着小型化、高可靠性、高密度方向发展,对基板材料性能要求也越来越高。陶瓷基板因其良好的耐热性、导热性、绝缘性、低热膨胀系数以及成本不断降低,在功率电子器件封装中的应用越来越广泛。Al2O3和AlN是两种常见的基板材料,而AlN-Al2O3复相陶瓷可兼顾AlN、Al2O3的优异特性,因此受到了研究人员的极大关注。 本论文主要以高导热 AlN-Al2O3复相陶瓷材料为研究对象,深入研究了 AlN及Al2O3原料特性及工艺参数对复相陶瓷导热性能的影响,以实现高导热A1N-Al2O3复相陶的制备。利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了AlN-Al2O3复相陶瓷,采用XRD, SEM等检测手段观察其物相组成及微观结构,利用激光脉冲法测试了样品的热扩散系数。通过调控 AlN、Al2O3原料的体积比及粒径和优化其工艺条件,探究其影响AlN-Al2O3复相陶瓷导热性能的物理机制,抑制AlON的生成,以提高AlN-Al2O3复相陶瓷的导热性能。通过上述研究,得出以下结论: (1)本研究中, AlN-Al2O3复相陶瓷导热性能主要受陶瓷材料致密度影响, AlN-Al2O3复相陶瓷致密度越高,其气孔率越低,材料导热性能越好。 (2)本文实验中,Al2O3体积比为40 vol.%~70vol.%时,随着Al2O3体积比的提高烧结得到复相材料的致密度呈递增趋势,固溶产物 AlON的生成量呈递减的趋势。且Al2O3体积比为70vol.%的 AlN-Al2O3复相陶瓷断裂韧性最好,同时复相陶瓷导热率到达最高值39.58W/(m·K)。 (3)相同工艺条件下,Al2O3体积比为50%时,原料粒径组合为1μm AlN+0.02μm Al2O3的试样与原料粒径组合为1μm AlN+0.2μm Al2O3、10μm AlN+0.02μm Al2O3、10μm AlN+0.2μm Al2O3相比,原料粉体粒径小比表面积大,烧结所需驱动能少,容易烧结致密,且制备得到的AlN-Al2O3复相陶瓷热导性能最高。 (4)Al2O3体积比为50%时,在烧成温度为1400℃,保温时间为5min的基础上,提高烧成温度到1500℃对 AlN-Al2O3复相陶瓷导热性能的提升比延长保温时间到10min更加明显。 本论文较为系统的研究了原料组成、粒径对 AlN-Al2O3复相陶瓷导热性能的影响机理,通过提高原料中Al2O3体积比,改进原料中AlN、Al2O3粒径组合,优化工艺参数等方式,不同程度的提高了其导热性能。研究结果表明 AlN-Al2O3复相陶瓷中加入小粒径的Al2O3原料可以有效降低烧结温度,且制备出高导热性能的复相陶瓷。由于时间篇幅有限,AlN-Al2O3复相陶瓷的导热研究还有很多工作需要深入开展,但相信在不久的将来通过工艺优化、调控方式的改善,复相陶瓷导热性能将会有更大的突破。