Silisyum Nitrür Substratının Isıl İletkenliği Etkili Bir Şekilde Nasıl Geliştirilir?

Jul 31 , 2024

 

Şu anda, SiC ve GaN tarafından temsil edilen üçüncü nesil yarı iletkenlerin ortaya çıkışı, güç modülünün kullanım sırasında daha yüksek ısı üretecek minyatürleştirme, yüksek voltaj, yüksek akım ve yüksek güç yoğunluğu yönünde gelişmesini sağlamıştır. Cihazın ısı dağıtım paketi için zorlu gereksinimler. Yeni nesil yüksek güçlü modüllerde, seramik substrat  esas olarak çip desteği, elektrik yalıtımı ve termal iletkenlik kanalı rolünü oynar ve silikon nitrür seramik, yüksek termal avantajları nedeniyle büyük uygulama potansiyeline sahip bir ısı dağıtma substrat malzemesi haline gelmiştir. iletkenlik ve yüksek mekanik özellikler.

 silikon nitrür substratlar

Hem mekanik özelliklere hem de termal iletkenliğe sahip yüksek performanslı silikon nitrür substratın nasıl elde edileceği  bugün endüstride en çok endişe duyulan konulardan biridir. Silisyum nitrür seramik substratındaki Si ve N atomlarının düşük difüzyon katsayısı nedeniyle, faz dönüşümü, tane gelişimi ve yoğunlaşmanın sıvı faz sinterleme yoluyla sağlanması gerekir. Bu nedenle, uygun sinterleme katkı maddeleri ile sinterleme prosesinde sıvı fazın ve mikromorfolojinin ayarlanması, silikon nitrür seramiklerin mekanik ve termal özelliklerinin iyileştirilmesinde etkili bir yoldur.

 

Oksit olmayan sinterleme AIDS türleri

 

florür

Silikat çözeltisinde, flor atomları silikat ağının yapısını tahrip edebilir ve ayrışmasını sağlayabilir, bu da sıvı faz oluşumunun sıcaklığını ve viskozitesini azaltacak ve sinterleme yoğunlaşmasını teşvik edecektir. Örneğin, sinterleme maddesi olarak MgO yerine MgF2'nin kullanılması, daha düşük bir sıcaklıkta sıvı faz oluşturabilir, seramiklerin yoğunlaşmasını hızlandırabilir ve MgF2 ilavesinin artmasıyla tane boyutunu artırabilir, bu da seramiklerin termal iletkenliğini etkili bir şekilde geliştirebilir. silikon nitrür seramikleri. Ayrıca LiF, nadir toprak florür, ikili florür vb. de vardır.

Sinterleme katkı maddesi olarak MgF2 ve MgO kullanılarak Si3N4 seramiklerinin yer değiştirme-sıcaklık eğrisi hazırlandı.

Sinterleme katkı maddesi olarak MgF2 ve MgO kullanılarak Si3N4 seramiklerinin yer değiştirme-sıcaklık eğrisi hazırlandı.

 

Florür sinterleme katkı maddeleri sisteme ilave oksijen atomlarının girmesini önler, sıvı fazdaki SiO2 aktivitesini azaltır ve çözünme çökeltme işlemi sırasında kafes oksijen oluşumunu engeller. Aynı zamanda flor atomu enerjisi, sıvı fazın viskozitesini azaltır, düşük sıcaklıkta sıvı fazın oluşmasına yardımcı olur, büyük boyutlu β-Si3N4 tanelerinin gelişimini destekler ve hazırlanan silisyum nitrür seramikleri düşük kafes oksijenine ve düşük termal iletkenlik kristaller arası faz içeriği ve seramiklerin yüksek termal iletkenliği. Ancak SiF4'ün aşırı buharlaşması seramiğin gözenekliliğini arttıracak ve mekanik özellikleri ile ısıl iletkenliği azaltacaktır, dolayısıyla ilave miktarının uygun şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir.

 

Nitrürler ve Azot İçeren Bileşikler

Metal nitride has good compatibility with silicon nitride ceramics, and is often used as a sintering assistant to prepare silicon nitride ceramic materials, which can enhance the thermal conductivity of silicon nitride ceramics and strengthen its mechanical properties. MgSiN2, as a potential high thermal conductivity ceramic, has attracted much attention as a sintering aid for silicon nitride ceramics in recent years. At high temperature, SiO2 on the surface of MgSiN2 and Si3N4 powder will form Mg-Si-O-N liquid phase and promote densification. In addition, a portion of Si and N atoms are separated out in the form of Si3N4 to optimize grain boundaries. In recent years, by using MgSiN2 instead of MgO, researchers have prepared silicon nitride ceramics with high thermal conductivity and excellent mechanical properties at lower sintering temperature and shorter holding time. Li Jiangtao's team from the Technical Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences prepared MgSiN2 in batches through self-propagating sintering, laying a material foundation for the large-scale application of MgSiN2. It is expected to be used as an efficient sintering aid for silicon nitride ceramics with high thermal conductivity.

Sinterleme yardımcısı olarak MgSiN2 kullanılarak düşük kafes oksijen içeriğine ve yüksek ısı iletkenliğine sahip silikon nitrür seramikleri hazırlandı.

The silicon nitride ceramics with low lattice oxygen content and high thermal conductivity were prepared by using MgSiN2 as sintering assistant

 

 

In addition, some researchers used solid phase reaction to synthesize a new non-oxide sintering agent Y2Si4N6C to replace Y2O3 as a sintering agent, which not only has low lattice oxygen content, but also weakened the scattering of phonons by intergranular phase and grain boundary film, which can greatly improve the thermal conductivity of silicon nitride ceramic substrate. However, the preparation process of Y2Si4N6C is complex, and it cannot be synthesized in large quantities for the time being, which limits its application.

 

Borides

The densified Si3N4 ceramics with LaB6 as the sintering agent do not introduce additional oxygen into the system, and can remove lattice oxygen through the dissolution precipitation process, improve the thermal conductivity of β-Si3N4 grains, and at the same time, the content of low thermal conductivity intercrystalline phases is less, the grain size is larger, and the phonon scattering between grains is weakened. This is because during the sintering process, B atoms enter the glass network, and the formed [BO3]- structural unit will replace the [SiO4]- structural unit in the original network, destroying the integrity of the glass network, reducing the liquid phase viscosity, and thus promoting low temperature sintering.

 

Silicides

It has been found that iron silicide (FeSix) has a certain regulatory effect on the phase transition and grain growth of silicon nitride ceramics. For example, FeSi2 can generate β-Si3N4 phase before the α-Si3N4 phase transition, providing nucleation and growth points for the later α-Si3N4 phase transition. It is helpful to regulate the phase transition and grain growth process in the sintering of silicon nitride ceramics. ZrSi2 can react with SiO2 on the surface of silicon nitride powder to produce ZrO2 and β-Si3N4 crystal seeds. In situ ZrO2 and MgO assistant form a low temperature eutectic liquid phase, which promotes ceramic densification and β-Si3N4 grain development through dissolution precipitation mechanism. Due to the consumption of SiO2 by ZrSi2, the oxygen content in the liquid phase is reduced, thereby impeding the generation of lattice oxygen dynamically and reducing lattice defects. In addition, Zr elements in the sintered body are precipitated in the form of ZrN (or ZrO2) phase, and there is no obvious amorphous grain boundary film between Si3N4 grains, which reduces the scattering of phonons at the grain boundaries. Thanks to the above three factors, the thermal conductivity of Si3N4 has been greatly improved. However, the difficulty of both thermal conductivity and mechanical properties limits the application of ZrSi2 as a sintering aid for high-conductivity silicon nitride ceramics.

 

ZrSi2-MgO katkısı içeren silikon nitrür seramiklerin yoğunlaştırma mekanizmasının şematik diyagramı

Schematic diagram of densification mechanism of silicon nitride ceramics containing ZrSi2-MgO additive

 

Hydrides and Metal Particles

Metal hydride is a commonly used oxygen consumption agent in powder metallurgy industry, which is decomposed into metal elements and H2 at high temperatures, H2 can remove the oxide layer on the surface of metal particles, and the highly active metal elements generated by decomposition play the role of absorbing impurity oxygen in the metal matrix, which can effectively improve the performance of metal products. Rare earth hydrides such as YH2 can reduce the activity of SiO2 in the liquid phase and facilitate the removal of lattice oxygen during dissolution precipitation. In addition, the "nitrogen-rich" liquid phase formed by the addition of YH2 is also conducive to the nucleation and development of β-Si3N4, and the grain size is significantly larger than that of Y2O3 additive system. However, excessive hydride makes the liquid viscosity too high, inhibits the densification process, and the fully developed β-Si3N4 grains cross to form a porous skeleton, which can not prepare high density silicon nitride ceramics. Therefore, it is still necessary to determine the optimal amount of rare earth hydride according to the oxygen content of α-Si3N4 raw material powder.

 

Ternary Layered Compound

The fracture toughness can be improved by introducing layered compounds into silicon nitride ceramic matrix through crack deflection, bridge and other mechanisms. In recent years, researchers have investigated the effect of layered compounds on the thermal conductivity of silicon nitride ceramics, and found that layered compounds can effectively improve the mechanical thermal properties of ceramics. YB2C2 can react with SiO2 on the surface of silicon nitride powder to reduce the liquid phase oxygen content and promote densification. The remaining YB2C2 layer improves the bending strength and fracture toughness of the ceramics through crack deflection mechanism.

 

Carbon, Silicon Sintering Additives

Carbon is widely used to remove oxygen impurities from ores because of its strong reducibility. In the study of silicon nitride, a small amount of carbon can promote α→β phase transition in silicon nitride sintering. Carbon thermal reduction deoxygenation can adjust the composition and properties of the liquid phase, and then regulate the relative rate of phase transition and densification, so that the silicon nitride ceramics with good morphology can be obtained without adding β-Si3N4 seed.

(a, c) Eklemeden nitrürlemeden sonra numune mikro yapısı ve (b, d) C (a, b) içeren gömülü tozla nitrürlemeden sonra numune mikro yapısı ve havadan sonra silikon nitrürün mikro yapısı

(a, c) Sample microstructure after nitriding without addition and (b, d) sample microstructure

after nitriding with buried powder containing C (a, b) and microstructure of silicon nitride after air

 

 

It is worth noting that the introduction of C needs to be controlled precisely in the sintering system of silicon nitride ceramics, the addition amount is too small, and the control effect of liquid phase is not good. Excessive addition will lead to residual SiC in the sample, which will adversely affect the density and electrical properties of silicon nitride ceramics. The results show that Si can also remove the surface oxide layer by silicothermal reduction reaction with SiO2. Unlike toner, which requires precise control of the amount of addition, excess Si is nitrided to Si3N4 in a nitrogen atmosphere, without the formation of harmful by-products.

 

The research of optimizing raw material powder of silicon nitride by carbothermal reduction and silicothermal reduction, and improving the performance of silicon nitride ceramics by means of liquid phase regulation provides a solution for the preparation of high thermal conductivity silicon nitride ceramics by using low-cost silicon nitride powders with high oxygen content.

 

Düşük kafes oksijen içeriğine sahip silisyum nitrür tozlarının henüz bir atılım yapmadığı göz önüne alındığında, karşılık gelen oksit sinterleme katkı maddeleri yerine oksit olmayanlar kullanarak ve sıvıyı ayarlayarak silisyum nitrür seramiklerinin ısıl iletkenliğini iyileştirmenin ekonomik ve etkili bir yolu vardır. faz bileşimi. Silisyum nitrür hammadde tozunun sürekli optimizasyonu, yeni çok fonksiyonlu sinterleme katkı maddelerinin sürekli geliştirilmesi ve kalıplama ve sinterleme işlemlerinin sürekli iyileştirilmesiyle, yüksek mukavemetli ve yüksek termal Si3N4 substratlarının büyük ölçekli üretimi bir hale geldi. Güç yarı iletken cihazlarının geliştirilmesine güçlü bir destek sağlayacak olan gerçeklik.

Kategoriler

SSS

Öncelikli odak noktamız alümina, zirkonya, silisyum karbür, silisyum nitrür, alüminyum nitrür ve kuvars seramikleri gibi gelişmiş seramik malzemeler olmasına rağmen, her zaman yeni malzeme ve teknolojileri araştırıyoruz. Belirli bir malzeme gereksiniminiz varsa lütfen bizimle iletişime geçin; ihtiyaçlarınızı karşılamak veya uygun ortaklar bulmak için elimizden geleni yapacağız.

Kesinlikle. Teknik ekibimiz seramik malzemeler konusunda derin bilgiye ve ürün tasarımında geniş deneyime sahiptir. Ürünleriniz için en iyi performansı sağlamak amacıyla size malzeme seçimi tavsiyesi ve ürün tasarımı desteği sunmaktan mutluluk duyuyoruz.

Sabit bir minimum sipariş değeri gereksinimimiz yoktur. Her zaman müşterilerimizin ihtiyaçlarını karşılamaya odaklanıyoruz ve sipariş büyüklüğü ne olursa olsun kaliteli hizmet ve ürünler sunmaya çalışıyoruz.

Seramik ürünlere ek olarak, bunlarla sınırlı olmamak üzere bir dizi ek hizmet de sağlıyoruz: ihtiyaçlarınıza göre, kendi ürettiğiniz yarı mamul veya yarı mamul kullanılarak özelleştirilmiş seramik işleme hizmetleri; Dış kaynaklı seramik paketleme ve metal kaplama hizmetleriyle ilgileniyorsanız, daha fazla tartışma için lütfen bizimle iletişime geçin. Çeşitli ihtiyaçlarınızı karşılamak için size her zaman tek elden çözüm sunmaya kararlıyız.

Evet, yapıyoruz. Dünyanın neresinde olursanız olun, siparişinizin güvenli ve zamanında teslim edilmesini sağlayabiliriz.

Sorunuzu gönderin

Yüklemek
* File ONLY PDF/JPG./PNG. Available.
Submit Now

Bizimle İletişime Geçin

Bizimle İletişime Geçin
Aşağıdaki formu elinizden geldiğince doldurmanız yeterli. Ve ayrıntıları dert etmeyin.
Göndermek
Looking for Video?
Bize Ulaşın #
19311583352

Ofis Saatleri

  • Pazartesi - Cuma: 09:00 - 12:00, 14:00 - 17:30

Çalışma saatlerimizin Greenwich Ortalama Saati'nden (GMT) sekiz saat ileri olan Pekin Saatine göre belirlendiğini lütfen unutmayın. Sorularınızı ve toplantılarınızı buna göre planlama konusunda anlayışınız ve işbirliğiniz için teşekkür ederiz. Normal saatlerimiz dışındaki acil konular veya sorularınız için bizimle e-posta yoluyla iletişime geçmekten çekinmeyin; size en kısa sürede geri dönüş yapacağız. İşiniz için teşekkür ederiz ve size hizmet vermeyi sabırsızlıkla bekliyoruz.

Ev

Ürünler

whatsApp

temas etmek