Un buon materiale per l'imballaggio dei circuiti: ceramica al nitruro di alluminio

Ceramica al nitruro di alluminio

Il nitruro di alluminio è esagonale e l'AlN puro è solitamente grigio o biancastro. Essendo un nuovo materiale ceramico con eccellenti prestazioni globali, i ceramici al nitruro di alluminio hanno una serie di caratteristiche eccellenti come eccellente conduttività termica, isolamento elettrico affidabile, bassa costante dielettrica e perdita dielettrica, coefficiente di espansione termica non tossico e corrispondente al silicio e sono considerati essere materiali ideali per una nuova generazione di substrati semiconduttori altamente integrati e imballaggi per dispositivi elettronici. Questo articolo introduce brevemente la preparazione e l'applicazione dei materiali AlN.

Metodo di preparazione

Il processo di preparazione è fondamentalmente simile a quello di altri materiali ceramici, con un totale di tre processi di preparazione: sintesi della polvere, stampaggio e sinterizzazione.

1. Preparazione della polvere di AlN

Come materia prima per la preparazione dei prodotti ceramici finali, la polvere di nitruro di alluminio ha un impatto importante sulla conduttività termica, sulla successiva sinterizzazione e sul processo di formatura del successivo prodotto finito, ed è la pietra angolare delle eccellenti prestazioni del prodotto finale. I metodi di sintesi della polvere di nitruro di alluminio sono i seguenti:

(1) Metodo di nitrurazione diretta: in un'atmosfera di azoto ad alta temperatura, la polvere di alluminio viene combinata direttamente con il gas di azoto per produrre polvere di nitruro di alluminio e la temperatura di reazione è generalmente di 800 °C ~ 1200 °C.

(2) Metodo di riduzione carbotermica: la polvere mista di polvere di allumina e toner viene ridotta mediante reazione di nitrurazione nel flusso di azoto ad alta temperatura (1400 °C ~ 1800 °C) per generare polvere di AlN.

(3) Metodo di sintesi ad alta temperatura autopropagante: questo metodo consiste nella nitrurazione diretta della polvere di alluminio, sfruttando appieno le caratteristiche della nitrurazione diretta della polvere di alluminio in una forte reazione esotermica e quindi utilizzando l'elevato calore della reazione chimica tra alluminio e azoto per mantenere la reazione da solo e sintetizzare AlN.

(4) Metodo di deposizione chimica in fase vapore: il composto volatile dell'alluminio viene utilizzato per reagire con azoto o ammoniaca per far precipitare la polvere di nitruro di alluminio dalla fase gassosa; In base alla diversa selezione delle fonti di alluminio, è suddiviso in metodo di deposizione chimica da vapore inorganico e organico.

2. Processo di formazione dell'AlN.

Esistono molti tipi di processi di formatura della polvere di nitruro di alluminio e sono applicabili processi di stampaggio tradizionali come stampaggio, pressatura a caldo, pressatura isostatica, ecc. A causa della forte idrofilia della polvere di nitruro di alluminio, al fine di ridurre l'ossidazione del nitruro di alluminio, il contatto con l'acqua dovrebbe essere evitato il più possibile durante il processo di stampaggio. Inoltre, sebbene la pressatura a caldo e la pressatura isostatica siano adatte per la preparazione di materiali ceramici in nitruro di alluminio sfuso ad alte prestazioni, il loro costo elevato e la bassa efficienza produttiva non possono soddisfare la crescente domanda dell’industria elettronica di substrati ceramici in nitruro di alluminio. Per risolvere questo problema, negli ultimi anni, le persone hanno utilizzato il metodo di fusione per formare substrati ceramici di nitruro di alluminio. Il metodo di fusione è diventato anche il principale processo di formatura delle ceramiche di nitruro di alluminio per l'industria elettronica.

Applicazione

1. Substrato

La maggior parte delle ceramiche sono materiali con forti legami ionici o covalenti, con eccellenti proprietà globali, sono materiali di substrato comunemente usati negli imballaggi elettronici, con elevate proprietà isolanti ed eccellenti caratteristiche ad alta frequenza, e il coefficiente di espansione lineare è molto simile ai componenti elettronici, e le proprietà chimiche sono molto stabili e la conduttività termica è elevata. Nel periodo 1985-1988 è emersa l'applicazione del nitruro di alluminio nei materiali di incapsulamento microelettronico. Si scopre che i materiali del substrato della maggior parte dei circuiti integrati ibridi ad alta potenza utilizzano da molto tempo ceramiche di allumina e ossido di berillio, ma la conduttività termica di base dell'allumina è bassa e il coefficiente di dilatazione termica e il silicio non sono molto abbinati; Sebbene l'ossido di berillio abbia proprietà di eccellente comprensione, i suoi elevati costi di produzione e le carenze altamente tossiche ne limitano l'applicazione e la promozione. Pertanto, considerando le prestazioni, i costi e la tutela dell'ambiente, i due non possono più soddisfare pienamente le esigenze dello sviluppo dei moderni dispositivi elettronici di potenza.

2. Materiale cinematografico elettronico

I materiali elettronici a film sottile sono la base della tecnologia microelettronica e della tecnologia optoelettronica, quindi la ricerca su vari nuovi materiali elettronici a film sottile è diventata un punto caldo per molti ricercatori. Il nitruro di alluminio è stato scoperto come materiale per pellicole elettroniche negli anni '60 del XIX secolo e ha una vasta gamma di applicazioni. Negli ultimi anni, materiali semiconduttori ad ampio gap di banda e dispositivi elettronici rappresentati dal gruppo III. Gli anitruri si sono sviluppati rapidamente e sono conosciuti come la terza generazione di semiconduttori dopo la prima generazione di semiconduttori rappresentata dal Si e la seconda generazione di semiconduttori rappresentata dal GaAs. AlN, come un tipico gruppo III. Un nitruro, ha ricevuto sempre più attenzione da ricercatori nazionali e stranieri.

3. Rivestimento dei crogioli

La resistenza alla corrosione del nitruro di alluminio può essere infiltrata dall'alluminio fuso ma non può reagire con esso, inclusi rame, litio, uranio, ferro e altre leghe composte e alcune leghe super resistenti al calore; E il nitruro di alluminio è stabile a molti sali fusi come carbonato, miscela a basso eutettico, cloruro, criolite e così via. Può quindi essere trasformato in un rivestimento di crogioli o refrattari.

Il nitruro di alluminio può essere utilizzato come recipiente per l'evaporazione sotto vuoto e la fusione dei metalli, particolarmente adatto per l'evaporazione sotto vuoto del crogiolo di Al, AlN riscaldato sotto vuoto, sebbene la pressione del vapore sia bassa, ma anche se si decompone, non contaminerà l'alluminio. L'AlN può essere utilizzato anche come manicotto protettivo per termocoppia e non si verificano danni da erosione se immerso continuamente in una vasca di alluminio a 800~1.000 °C nell'aria per più di 3.000 ore. Nell'industria dei semiconduttori, l'uso del crogiolo AlN invece del crogiolo di quarzo per sintetizzare l'arseniuro di gallio può eliminare completamente l'inquinamento da Si ad arseniuro di gallio e ottenere prodotti di elevata purezza.

Le varie eccellenti proprietà del nitruro di alluminio determinano le sue molteplici applicazioni e, come film piezoelettrico, è stato ampiamente utilizzato; Come materiale di imballaggio, isolamento dielettrico e avvolgimento per dispositivi elettronici e circuiti integrati, ha importanti prospettive di applicazione; Essendo materiali luminescenti a luce blu e ultravioletta, è anche un punto caldo della ricerca; Come materiale polimerico, può essere utilizzato per fissare stampi, realizzare adesivi, grassi termici e cuscinetti per la dissipazione del calore... Dopo l'ulteriore espansione e sviluppo del mercato, la gamma di applicazioni dei materiali ceramici in nitruro di alluminio diventerà sempre più ampia.

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