氮化铝具有导热系数高、电绝缘性好、介电常数低、无毒等特性。具有广阔的应用前景。特别是随着大功率、超大规模集成电路的发展,集成电路与基板之间的散热问题变得越来越重要。因此,基板必须具有较高的热导率和电阻率。
为了满足这一要求,国内外研究人员开发了一系列高性能陶瓷基板材料,主要包括Al2O3、BeO、AlN、BN、Si3N4和SiC。氮化铝是一种综合性能非常好的新型先进陶瓷材料,被认为是新一代高集成度半导体衬底和电子器件的理想封装材料。
烧结工艺是氮化铝陶瓷制备的重要阶段,它直接影响陶瓷的微观结构,如晶粒尺寸和分布、孔隙率和晶界体积分数。因此,烧结技术已成为制备高质量氮化铝陶瓷的关键技术。氮化铝陶瓷常用的烧结工艺有无压烧结、热压烧结、放电等离子烧结、微波烧结等。
微波烧结是通过吸收微波能量进行自加热。加热过程在坯体的整个体积内同时进行,升温迅速,温度场均匀。另外,微波烧结本身也是一种活化烧结过程,因此整个加热烧结时间,特别是高温反应时间大大缩短。这些特性有利于提高致密化速度,有效抑制晶粒长大,从而获得传统烧结方法无法获得的独特性能和结构,因此具有良好的发展前景。
微波烧结是一种新型高效的烧结技术,具有传统烧结工艺无法比拟的优势。无任何烧结添加剂的微波烧结被认为是制备氮化铝透明陶瓷的一种非常有前途的低成本技术途径。然而,由于微波烧结设备的限制,通常难以获得较低的烧结温度。因此,有必要开展利用微波低温烧结技术制备氮化铝透明陶瓷的研究。氮化铝是一种熔点高、原子自扩散系数小的共价化合物。因此,纯氮化铝陶瓷难以烧结致密,难以获得较高的导热系数和机械强度。因此,AlN陶瓷的烧结需要保护气氛和加入少量烧结助剂。目前,最常用的是在氮气保护下用烧结添加剂常压烧结。