熱分析-TMA 利用TMA 熱機械分析儀氮化鋁控管AlN, Aluminum Nitride 熱膨脹係數CTE

新聞提供:發表日:2020/03/26
關鍵字: 問題提問

利用TMA 熱機械分析儀氮化鋁控管AlN, Aluminum Nitride 熱膨脹係數CTE

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利用TMA 熱機械分析儀氮化鋁控管AlN, Aluminum Nitride 熱膨脹係數CTE

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氮化鋁是一種非常優秀的無毒電子元件,具有高熱傳導(130W/m.k~180W/m.k)、高耐熱衝擊、高機械強度、高絕緣及低熱膨脹的特性(4ppm~6ppm)。主要用於光電工程的應用,較為常見的類型為半導體、陶磁基板、護管、坩堝、膜層及軍事等用途。日本是全球最大的高品質氮化鋁陶瓷基片生產國,主要研發生產氮化鋁陶瓷基片產品的公司包括如京都陶瓷、日本特殊陶業、住友金屬工業、富士通、東芝、日本電氣等,一般熱膨脹係數(CTE)或是熱傳導係數(TC)可以明顯看出產品品質及製造能力,一般常見生產廠商認為氮化鋁(AlN)膨脹係數就是4-5ppm,熱傳導係數就是180 W/m.k,但這是日本大廠或是製造能力好的產品,一般製程不佳,產品內部孔隙,裂縫…也常見到膨脹係數太高或是熱傳導係數僅130 W/m.k的不良品,所以利用膨脹係數儀TMA(Thermomechanical Analyzer)檢測CTE或是熱傳導係數儀Hot Disk TPS 2500S or TPS 3500量測熱傳導TC都是氮化鋁材料監控品質特性的最重要因子之一。基板材料也常使用在多種材料複合或是多層基材上,如果膨脹係數無法搭配,產品勢必會有曲翹或是破裂問題會發生。

 

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氮化鋁陶瓷基板是最理想的電子基板材料,幾乎是取代了氧化鋁陶瓷基板的位置,但製程的技術與成本的考量仍是目前最需要解決的課題之一。相較於氧化鋁陶瓷基板,其氮化鋁陶瓷基板除了遠高五倍以上的熱傳導係數外,其熱膨脹係數也從原先約7.5ppm,更加縮減至約4.5ppm的優勢。而低熱膨脹的特性便是成為耐熱衝擊材料的重要關鍵。但低熱膨脹係數的材料往往在檢測上非常困難,需要較高精密的儀器才能夠檢測,一般常見為使用熱機械分析儀TMA(Thermomechanical Analyzer)來檢測,下圖為Hitachi TMA7100以每分鐘升溫10℃的速率,從40℃升溫至300℃的檢測結果圖。 

 

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由圖中可得知樣品AlN在40℃~300℃的熱膨脹係數(CTE)為4.02ppm。故可利用TMA來確認其膨脹情況,進而做到產品的製程控管。

 

  

 

 

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