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研究生： 蔡宗益
Tsai, Tsung-I
論文名稱： 氮化鋁粉體在高導熱電子與光電基板應用之微波燒結研究
Microwave Sintering of AlN Powder for High Thermal Conductivity Electronic and Optoelectronic Substrates
指導教授： 鍾賢龍
Chung, Shyan-Lung
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2009
畢業學年度： 97
語文別： 中文
論文頁數： 113
中文關鍵詞： 高導熱 、微波燒結 、氮化鋁
外文關鍵詞： Aluminum Nitride, Microwave Sintering, High Thermal Conductivity
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    • 氮化鋁擁有良好的電絕緣性，低介電常數與介電損失、高的熱傳導係數（理論值: 320 W/mk），為電子應用材料中十分熱門的材料。本論文研究利用單模腔體微波加熱燒結爐進行高導熱氮化鋁陶瓷材料之燒結，並針對本實驗室自行開發以燃燒合成法(SHS)製備氮化鋁粉體加上德山曹達所製造的氮化鋁粉體進行研究，結合微波快速加熱、加熱均勻、節省能源等優點，燒結出更佳的氮化鋁基板，實驗主要探討不同粒徑大小的氮化鋁粉體在不同溫度下燒結的性質，包括收縮行為、燒結體密度、二次相組成、微結構和熱傳導值的探討，後續將燒結緻密的氮化鋁試片添加碳粉於還原氣氛中進行熱處理，觀察氧含量、燒結體密度、二次相以及熱傳導值的改變，研究發現使用平均粒徑約為2μm的氮化鋁粉體，在添加5wt%氧化釔燒結助劑於1900℃氮氣氣氛下燒結30分鐘，熱傳導值可達到159W/mK，在經過含0.5wt%碳粉的氮化鋁鋪粉進行熱處理180分鐘後可得到更高的熱傳導值188W/mK。

    Aluminum nitride(AlN) has attracted large interest for electric material because of its high electrical resistivity,low thermal expansion coefficient,low dieletric constant,high thermal conductivity(theoretical value:320W/mK).In the experiments, the single-mode microwave furnace was used to sintering high thermal conductivity AlN ceramic and this process was studied by using SHS-methods AlN powder and Tokuyama Soda respectly.Combining microwave sintering with the advantage of fast heating, uniform heating and saving energy to produce better AlN substracts.The effect of different particle size AlN powder on the bulk density,secondary phase distribution,microstructure,and themal conductivity in different temperatures were studied.The change of oxygen content,bulk density, secondary phase distribution, themal conductivity were studied by microwave reheating the sintered specimen under the reducing atomphere.
    When the average particle size was about 2μm, the specimen sintering at 1900℃ under nitrogen atmosphere, soaking time 30min and with 5wt% Y2O3 condition,The thermal conductivity was measured 159W/mK. The thermal conductivity can improve to 188W/mK by microwave reheating with 0.5wt% carbon powder under reducing atmosphere.

    中文摘要..................................................I 英文摘要................................................ II 誌謝................................................... III 目錄.................................................... IV 表目錄................................................. VII 圖目錄.................................................. Ⅷ 第一章 緒論...............................................1 1-1氮化鋁簡介.............................................1 1-2氮化鋁合成簡介.........................................3 1-3 燃燒合成法簡介........................................7 1-4 LED陶瓷基板簡介......................................10 第二章　原理與文獻回顧...................................14 2-1 氮化鋁的特性........................................14 2-2 熱傳導機構..........................................16 2-3 液相燒結...........................................18 2-4 液相燒結助劑的選擇..................................20 2-5 微波加熱原理........................................24 2-5-1 何謂微波..........................................24 2-5-2 微波加熱原理......................................25 2-5-3 微波加熱的特點...................................27 2-5-4 微波效應.........................................28 2-5-5 微波設備組成.....................................29 2-6 測溫原理...........................................34 2-7 傳統燒結與微波燒結.................................37 2-8 氮化鋁低溫燒結之文獻回顧...........................38 2-9 研究動機...........................................44 第三章 實驗設備及使用藥品...............................46 3-1 藥品................................................46 3-2 實驗設備與分析儀器..................................47 3-2-1 實驗設備..........................................47 3-2-2 分析儀器..........................................49 3-3 儀器原理與測量方法..................................51 3-3-1 粒徑分析..........................................51 3-3-2 氮含量與氧含量分析................................51 3-3-3 XRD晶相結構分析...................................51 3-3-4 SEM微結構分析.....................................52 3-3-5 試片密度測量......................................52 3-3-6 理論密度之計算....................................52 3-3-7 熱傳導值分析......................................53 3-4 實驗方法............................................54 3-4-1 燒結粉體製備......................................54 3-4-2 燒結粉體之調配....................................54 3-4-3 生胚之成型........................................54 3-4-4 結合劑之去除......................................55 3-4-5 坩堝之製作........................................55 3-4-6 微波燒結..........................................56 第四章 結果與討論.......................................57 4-1 氮化鋁粉體研磨方法與性質............................57 4-2 燒結溫度測量........................................61 4-3 燒結試片緻密性......................................64 4-4 微結構分析..........................................69 4-5 晶相組成分析........................................80 4-6 熱傳導分析..........................................87 4-7 表面改質對氮化鋁燒結試片的影響......................89 4-8 還原氣氛熱處理......................................96 第五章 結論.............................................106 第六章 參考文獻.........................................108

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    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2009-07-21公開
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