氮化鋁（AlN）很能“導熱”我們都知道，它在室溫時理論導熱率最高可達320W/(m·K)，即使在實際應用中也能有200W/(m·K)，足足是AlN陶瓷的8~10倍。同時由于AlN還是一種良好的絕緣材料，具有低的介電損耗，因此在微電子學中很受重視，是被寄予厚望的導熱材料之一。

氮化鋁陶瓷LED基片

不過，AlN雖然在微電子學領域中確實有著突出優(yōu)勢，但這不代表它能發(fā)揮作用的場合僅限于此，像航空航天、軍事等工業(yè)領域，同樣也很青睞于AlN的潛能并向它拋出橄欖枝。目前，AlN主要的應用方向有以下這些：

1、電器元件

隨著電子產品的小型化，使集成電路(IC)和電子系統(tǒng)在半導體工業(yè)上也朝向高集成密度以及高功能化的方向發(fā)展，AlN陶瓷憑借優(yōu)異的導熱性能、低介電常數、與Si相匹配的熱膨脹系數，逐步成為電子封裝材料的首要選擇，非常適合用于大規(guī)模集成電路的基板材料以及微波真空管封裝殼體材料。

2、耐熱沖擊材料

AlN材料具有優(yōu)秀的高溫力學性能和高溫穩(wěn)定性。在非氧化的氛圍下直到2000℃依舊可以保持較好的化學穩(wěn)定性，因而是一種優(yōu)良的耐熱沖材料及熱交換材料，可作為高溫容器的涂層或者爐襯，也可以作為GaAs晶體坩堝、Al蒸發(fā)皿或者燒結用具等，以及用于燃氣輪機的熱交換器上。

3、薄膜材料和光學功能材料

AlN的帶隙寬，極化強，禁帶寬度為6.2 eV，且在藍光和紫外光的范圍內具有透光性、抗電磁輻射等性能，因而在聲、光電子領域也有廣闊的應用前景，如壓電材料，發(fā)光薄膜，紫外光的感應元件等。高純度的AlN陶瓷呈透明狀，利用其光學性能可以制作紅外導流罩，雷達透過材料等。

4、復合材料

充分和用AIN材料的優(yōu)點，有效的抑制其不利因素。將其與其它材料進行復合從而拓寬應用。如將AlN/BN進行復合，用作微波材料，或者將AlN/TiN進行復合用作刀具材料等。

5、其它應用材料

利用AlN高熱導的優(yōu)點，可以將其作為填料加入到我們常見的材料中，如鋼鐵、橡膠、塑料等增加其熱導率。此外，AlN硬度高，超過傳統(tǒng)氧化鋁，利用該特性也可作為研磨材料或者耐磨損零件等，但由于造價高，一般只用于磨損嚴重的部位。

氮化鋁粉體

由于氮化鋁應用廣泛，因此我國對于氮化鋁粉體的需求也在不斷增加，尤其是氮化鋁陶瓷基板，更是業(yè)界矚目的焦點。不過前景雖然美好，但若沒有良好的基礎——即高品質的粉體作為原料，氮化鋁基板的優(yōu)勢就不能完全發(fā)揮出來，繼而影響相關產業(yè)的發(fā)展。

高品質氮化鋁粉體的制備要點

對于AlN陶瓷材料而言，原始AlN粉末的技術指標會直接影響AlN陶瓷材料的綜合性能，尤其是 AlN最有價值的特性——導熱性。因此業(yè)界一般認為，要獲得性能優(yōu)良的AlN陶瓷材料，必須首先制備出高純度、細粒度、窄粒度分布、性能穩(wěn)定的AlN粉末。而在該過程中，主要的影響因素有：氧及其它雜質的含量、燒結的致密度、顯微結構等。

1、氧含量及其它雜質的影響

AlN對氧有很強的親和力。當AlN顆粒暴露于空氣中時，顆粒表面往往會自發(fā)形成Al₂O₃，部分氧還會固溶進入AlN晶格，從而形成鋁空位。

在上式中，VA表示鋁空位。由于鋁空位會散射聲子，使聲子的散射截面增大，損害熱導率。因此，為了增加其熱導率，就必須嚴格的控制氧元素的含量。通常對氧含量的要求是小于1wt%。

氧以外的其它雜質也會固溶在AlN晶格中，導致AlN產生缺陷，嚴重降低熱導率。一般情況下，AlN粉體中包含F(xiàn)e、Mg、Ca等金屬雜質的總含量需不超過500 ppm，非金屬雜質，包含Si、C等的總含量應低于0.1 wt%。

2、粒徑大小的影響

致密度不高的材料熱導率也不會高。為了獲得高致密度的AlN陶瓷，一般采取的方法有：使用超細粉、改善燒結方式、引入燒結助劑等，因此AlN粉末粒徑的大小會直接影響到AlN陶瓷燒結的致密度。

氮化鋁陶瓷的顯微晶相

在燒結過程中，AlN粉體顆粒在粘合作用下相互靠攏，鍵合，重排，最終相互融合長大成為大晶粒。這些連續(xù)均勻的晶粒會為聲子的傳播提供更加直接的通道，從而增強AlN陶瓷的熱導率。超細AlN粉末由于其高的比表面積，會在燒結的過程中增加燒結的推動力，加速燒結的過程。此外，粉末的尺寸變小也就意味著物質的擴散距離變短，高溫下有利干液相物質的生成，極大地加強了流動傳質作用。

由于AlN自擴散系數小，燒結非常困難。只有使用純度高的超細粉，才可以在燒結的過程中盡可能的減少氣孔的出現(xiàn)，保持高致密度。因此，工業(yè)上一般要求超細AlN粉末的D₅₀尺寸盡可能的保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。

3、顆粒形狀的影響

相較于顆粒尺寸對AlN陶瓷的影響，顆粒的形貌對其的影響主要集中在粉體的流動性以及填充率的增加上。球形粉體與其他形狀相比具備更好的流動性，而且填充率也更高，意味著熱膨脹系數就越小，熱導率越高。相較于其它形狀來說，球形粉體制成的封裝材料應力集中小、強度高。而且球形粉體摩擦系數小，對模具的磨損小，可延長模具的使用壽命，提高經濟效益。

資料來源：

適合于導熱基板用AlN粉體的制備與表征，馬丁。

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