Mga Dahilan para sa Gap sa Pagitan ng Praktikal at Theoretical Thermal Conductivity ng Silicon Nitride Ceramics

Ang Silicon nitride (Si₃N₄) ay isang structural ceramic material na may intrinsic thermal conductivity na humigit-kumulang 320 W/(m·K), na nagtatampok ng mataas na thermal conductivity at namumukod-tanging mekanikal na katangian. Dahil sa napakahusay na katatagan nito sa temperatura ng kapaligiran, ang Si₃N₄ ay naging malawakang pinagtibay na materyal na packaging ng ceramic substrate para sa modernong industriya ng semiconductor. Gayunpaman, mayroong isang kapansin-pansing pagkakaiba na umiiral sa pagitan ng praktikal na thermal conductivity ng Si₃N₄ at ang teoretikal na halaga nito. Sinasaliksik ng papel na ito ang mga pangunahing salik na responsable para sa gayong pagkakaiba-iba.

1 Lattice Oxygen

Ang pagpapadaloy ng init sa Si₃N₄ ay pangunahing pinamamahalaan ng phonon transmission. Lattice imperfections kabilang ang mga bakante, stacking fault at intergranular impurities ay nagpapatindi sa phonon scattering at nagpapababa sa thermal conductivity ng silicon nitride.

Ang lattice oxygen ay nagsisilbing isang mapagpasyang salik na nagbabago sa Si₃N₄ thermal conductivity. Matapos tumagos ang mga atomo ng oxygen sa Si₃N₄ sala-sala, nabubuo ang mga bakanteng silikon, na lubhang pinaikli ang ibig sabihin ng phonon na libreng landas at binabawasan ang thermal conductivity nang naaayon. Upang palakasin ang thermal performance ng Si₃N₄, ang nilalaman ng oxygen sa mga hilaw na pulbos ay dapat na i-minimize upang ma-optimize ang aktibidad ng sintering, habang pinapanatili ang mga pinong laki ng panimulang particle upang harangan ang labis na kontaminasyon ng oxygen.

Maginoo sintering additives para saSi₃N₄ay isa pang pangunahing pinagmumulan ng lattice oxygen. Ang mga additives na ito ay bumubuo ng intergranular secondary phases na may thermal conductivity sa pangkalahatan ay mas mababa sa 1 W/(m·K) sa loob ng liquid phase, na nagpapahina sa bulk thermal conductivity ng Si₃N₄. Kinukumpirma ng kasalukuyang pananaliksik na ang paggamit ng mga rare‑earth oxide sintering additives ay nagpapababa ng lattice oxygen content habang bumababa ang ionic radius ng rare‑earth elements. Ang mababang-temperatura na sintering ay mas gusto upang mabawasan ang mga gastos sa produksyon ng Si₃N₄ ceramic substrates habang sinisiguro ang buong densification at kanais-nais na laki ng butil.

Higit pa rito, ang katamtamang pagdaragdag ng pagbabawas ng carbon powder ay pinipigilan ang pagbuo ng pangalawang bahagi at pinapabuti ang kadalisayan ng sala-sala; ang labis na libreng carbon ay dapat na iwasan upang makamit ang mataas na thermal conductivity.

2 Kristal na Istraktura ng Silicon Nitride

Ang Silicon nitride ay isang malakas na covalent compound na may molecular weight na 140.68. Ang dalawang laganap na polymorph nito, α‑Si₃N₄ at β‑Si₃N₄, ay parehong nabibilang sa hexagonal crystal system. Dahil ang Si₃N₄ ceramics ay karaniwang sintered sa itaas ng 1800 °C, ang β‑Si₃N₄ ay bumubuo sa nangingibabaw na crystalline phase sa mga bahaging Si₃N₄ na available sa komersyo.

(1) Driving Force para sa β‑Si₃N₄ Paglago ng Butil

Ang natitirang hindi nabagong α‑Si₃N₄ na natitira sa panahon ng α‑to‑β phase transition ay nagpapataw ng isang malinaw na negatibong epekto sa thermal conductivity. Samakatuwid, ang kumpletong pagbabagong-anyo mula sa α‑Si₃N₄ hanggang β‑Si₃N₄ ay mahalaga upang mapadali ang nucleation at paglaki ng butil ng β‑Si₃N₄ para sa pinabuting thermal conductivity.

(2) Morpolohiya ng Lumago β‑Si₃N₄ Butil

Kapansin-pansing tumataas ang thermal conductivity sa pagtaas ng laki ng butil ng β‑Si₃N₄, at ang pinahabang tagal ng annealing ay higit na pinahuhusay ang kakayahan sa paglipat ng init. Gayunpaman, kapag lumaki ang mga butil sa isang kritikal na dimensyon, ang karagdagang pag-coarsening ng butil ay nagdudulot ng hindi gaanong pagpapabuti sa pagganap ng thermal.

3 Kamag-anak na Densidad

Ang relatibong density ay nagdudulot ng kitang-kitang impluwensya sa Si₃N₄ thermal conductivity. Ang mas mataas na porosity ay humahantong sa maliwanag na pagkasira ng thermal conductivity. Sa pangkalahatan, ang high-thermal-conductivity na Si₃N₄ ceramics ay nagtataglay ng mataas na bulk density at thermal diffusivity, at ang mga rare-earth oxide ay nagpapadali sa paggawa ng ganap na siksik na silicon nitride. Ang liquid-phase sintering ay ipinag-uutos upang mapagtanto ang densification ng silicon nitride ceramics at ang huling density ng Si₃N₄ ay nag-iiba sa ilalim ng iba't ibang mga parameter ng sintering at mga pamamaraan ng pagproseso. Para sa kadahilanang ito, ang pagpili ng naaangkop na mga diskarte sa sintering ay kritikal sa paggawa ng high-thermal-conductivity Si₃N₄ ceramics.

Nag-aalok ang Semicorex ng mataas na kalidadsilicon nitride platespara sa mga proseso ng thermal oxidation. Kung mayroon kang anumang mga katanungan o kailangan ng karagdagang mga detalye, mangyaring huwag mag-atubiling makipag-ugnayan sa amin.

Makipag-ugnayan sa telepono # +86-13567891907

Email: sales@semicorex.com