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氮化物陶瓷基板燒結(jié)的關(guān)鍵材料——氮化硼
氮化物陶瓷是氮與金屬或非金屬元素以共價鍵相結(jié)合的難熔化合物為主要成分的陶瓷,應(yīng)用較廣的陶瓷有氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)等陶瓷。其中,由于具有優(yōu)異的硬度、機(jī)械強(qiáng)度和散熱性,氮化硅陶瓷和氮化鋁陶瓷可制成用于電子封裝的陶瓷基板,具有良好的發(fā)展前景。而在氮化鋁、氮化硅陶瓷基板的制備過程中,氮化硼陶瓷發(fā)揮了重要的作用。

一、氮化硼的特點

氮化硼(Boron Nitride)是一種由相同數(shù)量的氮原子(N)和硼原子(B)組成的二元化合物,其實驗式是BN。?按晶型分,氮化硼被分為六方氮化硼(hBN,又稱α-BN或g-BN)、立方氮化硼(CBN,又稱β-BN或z-BN)、菱方氮化硼(RBN)和纖鋅礦氮化硼(WBN)。
氮化物陶瓷基板燒結(jié)的關(guān)鍵材料——氮化硼
圖??氮化硼晶體結(jié)構(gòu),來源:維基百科
其中,立方氮化硼和六方氮化硼是比較常見的晶型。立方氮化硼結(jié)構(gòu)類似于鉆石,極其堅硬,被廣泛使用的工業(yè)鉆磨工具。六方氮化硼(hexagonal boron nitride)是一種白色的粉末,是一種先進(jìn)陶瓷材料,其晶體結(jié)構(gòu)與石墨非常相似,且兩者的物理化學(xué)性質(zhì)也較為相像,因此六方氮化硼也被稱為“白色石墨”,是最普遍使用的氮化硼形態(tài)。
六方氮化硼的特點:
  • 膨脹系數(shù)相當(dāng)于石英,但導(dǎo)熱率卻為石英的十倍,與不銹鋼相同,高導(dǎo)熱系數(shù)熱壓制品為33W/M.K,抗熱震性能極好;

  • 在機(jī)械特性方面擁有不磨蝕、潤滑性佳、極易加工等優(yōu)點;
  • 在電氣特性方面擁有介電強(qiáng)度佳、低介電常數(shù)、高頻率下低損耗、可微波穿透、良好的電絕緣性等優(yōu)點;
  • 在熱力特性方面擁有高熱傳導(dǎo)、高熱容量、低熱膨脹、抗熱沖擊、高溫潤滑性及高溫安全性等優(yōu)點;
  • 在化學(xué)特性方面擁有化學(xué)安定性、抗腐蝕、抗氧化、低濕潤、生物安定性及不沾性等優(yōu)點。

二、氮化硼在陶瓷基板的應(yīng)用

1、氮化硅/氮化鋁基板的燒結(jié)坩堝

氮化硼坩堝可以用于燒結(jié)氮化硅基板/結(jié)構(gòu)件燒結(jié)、氮化鋁基板/結(jié)構(gòu)件等,最高使用溫度2100℃,具有耐高低溫反復(fù)沖擊,耐碳腐蝕,與金屬、陶瓷材料不反應(yīng),不粘結(jié),使用壽命長等特點,可以代替石墨,氧化鋁坩堝。
氮化物陶瓷基板燒結(jié)的關(guān)鍵材料——氮化硼
圖??氮化鋁/氮化硅基板燒結(jié)用坩堝,來源:賽瑞特

2、氮化硼隔離粉

氮化硼隔離粉用于氮化鋁/氮化硅陶瓷基板燒結(jié)過程中的生坯隔離或者埋燒用途,可防止基板不會相互粘結(jié),能夠使燒結(jié)好的基板片之間輕松分離,不會污染產(chǎn)品,并且降低基板表面粗糙度,提高產(chǎn)品合格率。燒結(jié)后的陶瓷基板可通過拋刷及超聲波清洗將基板表面的氮化硼層去除。
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2024年半導(dǎo)體陶瓷產(chǎn)業(yè)論壇

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作者 gan, lanjie

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