첨단소재분야에서 질화알루미늄(AlN) 세라믹은 우수한 열전도율, 우수한 전기절연성, 우수한 기계적 강도를 갖고 있어 전자패키징, 전력전자, 마이크로웨이브 통신장비 등 핵심분야의 핵심소재로 자리잡고 있습니다. . 그러나 질화알루미늄 기재의 제조는 복잡한 공정으로, 소결 공정과 소결 첨가제의 선택이 최종 제품의 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 알루미늄 세라믹 기판의 준비 과정부터 시작하여 소결 첨가제의 선택과 기판 성능에 미치는 영향에 대해 자세히 논의하고 최첨단 연구와 결합하여 질화알루미늄 기판의 종합적인 성능을 향상시키는 방법을 설명합니다. 소결첨가제의 최적화와 소결공정을 분석한다.
질화알루미늄 기판 제조기술
질화알루미늄 기판의 제조에는 주로 원료 준비, 혼합, 성형, 소결 및 기타 주요 단계가 포함됩니다.
1. 원료 준비
원료 준비는 질화알루미늄 세라믹 기판 준비의 첫 번째 단계이며 주로 질화알루미늄 분말, 알루미나 분말 및 첨가제의 선택과 비율을 포함합니다. 주재료로서 질화알루미늄 분말은 고순도, 작은 입자 크기, 큰 비표면적, 낮은 탄소 함량 및 낮은 산소 함량의 특성을 가져야 합니다. 알루미나 분말은 일반적으로 질화알루미늄 세라믹의 치밀화를 촉진하기 위해 소결 공정 중에 저융점 복합 산화물을 형성하기 위한 소결 보조제의 일부로 사용됩니다. 첨가제는 재료의 성형성, 소결성, 기계적 성질을 조절하는 데 사용됩니다.
2. 혼합 및 성형
혼합 공정에서는 후속 성형의 균일성과 안정성을 보장하기 위해 질화알루미늄 분말, 알루미나 분말 및 첨가제를 일정 비율로 혼합해야 합니다. 혼합은 건식 또는 습식 방법으로 수행할 수 있습니다. 성형은 일반적으로 프레스성형, 사출성형, 다이성형 등의 방법으로 이루어지며, 혼합된 원료를 일정한 형상과 크기의 빌렛으로 만든다.
3. 소결
소결은 질화알루미늄 세라믹 기판 제조의 마지막 공정이자 가장 중요한 단계이다. 고온 조건에서 빌렛의 입자는 소결을 통해 결합되어 치밀한 세라믹 기판을 형성합니다. 소결 공정에서는 세라믹 기판의 성형 품질과 성능을 보장하기 위해 온도, 분위기 및 시간을 제어해야 합니다. 일반적으로 사용되는 소결공정으로는 핫 프레싱 소결, 비프레싱 소결, 마이크로파 소결, 방전 플라즈마 소결, 자가 전파 소결 등이 있다.
소결첨가제의 선택과 기재특성에 미치는 영향
소결 첨가제는 질화알루미늄 세라믹 기판을 준비하는 데 중요한 역할을 합니다. 질화알루미늄 입자 표면의 알루미나 조성물과 반응하여 융점이 낮은 복합산화물을 형성하여 소결체 내에서 액상을 형성한다. 이러한 액상은 질화알루미늄 입자를 둘러싸며 모세관력의 작용으로 입자 재배열과 내부 기공 배출이 일어나 최종적으로 질화알루미늄 세라믹의 치밀한 소결이 이루어진다.
1. 일반적으로 사용되는 소결 첨가제
질화알루미늄 세라믹 기판에 일반적으로 사용되는 소결조제로는 CaO, Li2O, B2O3, Y2O3, CaF2, CaC2, CeO2 등이 있다. 이들 재료는 소결 공정에서 두 가지 역할을 합니다. 첫째, 질화알루미늄 입자 표면의 산화알루미늄과 결합하여 액체 알루미네이트를 형성하고 물질 이동을 가속화하며 소결을 촉진합니다. 둘째, 산소와 반응하여 격자 산소 함량을 감소시키고 질화알루미늄 세라믹의 열전도도를 증가시킬 수 있다.
2. 소결첨가제 선정원리
소결 첨가제를 선택할 때에는 질화알루미늄 세라믹 기판의 특성에 미치는 영향을 고려할 필요가 있다. 한편, 소결 첨가제는 질화알루미늄 세라믹의 치밀화를 촉진하고 열 전도성과 기계적 강도를 향상시켜야 합니다. 반면, 소결 첨가제는 질화알루미늄 세라믹의 전기 절연 특성과 화학적 안정성에 영향을 미치지 않도록 과도한 불순물의 도입을 피해야 합니다. 따라서 소결첨가제를 선택할 때 최적의 소결첨가제 조성을 결정하기 위해서는 많은 실험과 최적화가 필요하다.
3. 기판 성능에 대한 소결 첨가제의 영향
소결 첨가제의 선택과 함량은 질화알루미늄 세라믹 기판의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 소결 첨가제 중 하나인 Y2O3는 함량이 적당할 때 질화알루미늄 세라믹의 열전도율과 굽힘 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 Y2O3의 함량이 너무 높으면 Y-Al-O 상이 형성되어 열전도도가 크게 저하됩니다. 따라서 질화알루미늄 세라믹 기판을 제조할 때 최고의 성능을 얻기 위해서는 소결첨가제의 함량을 정밀하게 제어할 필요가 있다.
AlN 기판의 성능향상
다양한 응용 분야에서 질화알루미늄 세라믹 기판의 성능에 대한 높은 요구 사항을 충족하기 위해 연구자들은 끊임없이 새로운 소결 첨가제를 탐색하고 소결 공정을 최적화하며 새로운 준비 기술을 개발하고 있습니다.
1. 신규 소결첨가제 개발
질화알루미늄 세라믹 기판의 성능을 더욱 향상시키기 위해 연구자들은 새로운 소결 첨가제를 적극적으로 개발하고 있습니다. 예를 들어, 희토류 원소나 전이금속 원소를 도입함으로써 질화알루미늄 세라믹의 격자 구조를 최적화하여 열 전도성과 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 또한, 복합 소결 첨가제를 사용하여 다양한 특성을 얻을 수 있습니다.
2. 소결공정 최적화
소결 공정의 최적화는 질화알루미늄 세라믹 기판의 성능을 향상시키는 열쇠입니다. 소결 온도, 유지 시간 및 분위기를 조정함으로써 질화알루미늄 세라믹의 미세 구조를 정확하게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 마이크로파 소결이나 방전 플라즈마 소결과 같은 급속 소결 방법은 소결 시간을 크게 단축하고 생산 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에, 소결 분위기의 산소 함량과 온도 구배를 정밀하게 제어함으로써 질화알루미늄 세라믹의 미세 구조와 특성을 더욱 최적화할 수 있습니다.
3. 제조기술의 혁신
준비 기술의 지속적인 개발로 연구자들은 질화알루미늄 세라믹 기판의 성능을 향상시키기 위한 새로운 준비 방법을 끊임없이 탐구하고 있습니다. 예를 들어, 질화알루미늄 세라믹 기판의 정밀한 준비는 주조 성형 및 사출 성형과 같은 첨단 성형 기술을 사용하여 달성할 수 있습니다. 또한, 질화알루미늄 세라믹 기판의 용접 성능, 안정성 및 내식성은 무전해 구리 도금, 세라믹 기판 밀봉 및 기타 후처리 공정을 통해 더욱 향상될 수 있습니다.
결론
요약하면, 질화알루미늄 세라믹 기재의 준비와 소결 첨가제의 선택은 그 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 질화알루미늄 세라믹 기판의 종합적인 특성은 소결 보조 공식을 최적화하고, 소결 공정을 개선하고, 새로운 준비 기술을 개발함으로써 크게 향상될 수 있습니다. 앞으로는 재료 과학 및 준비 기술의 지속적인 개발로 질화알루미늄 세라믹 기판의 응용 분야가 더욱 확대되어 전자 패키징, 전력 전자 장치 및 마이크로파 통신 장비 개발을 강력하게 지원할 것입니다. 동시에 우리는 신기술과 신소재의 개발 추세에 세심한 주의를 기울이고 끊임없이 연구 지평을 확장하며 질화알루미늄 세라믹 기판 기술의 지속적인 발전과 혁신을 촉진해야 합니다.
