Sintering behavior, microstructure, and thermal conductivity of dense AlN ceramics processed by spark plasma sintering with Y2O3–CaO–B additives

Abstract

We fabricated dense aluminum nitride ceramics by spark plasma sintering (SPS) with Y 2 O 3 -CaO-B sintering additives and evaluated their microstructures and thermal conductivities. Samples were perfectly densified after 5 min of SPS at 1650 or 1600 1C, or 10 min at 1550 1C and had fine microstructures. Thermal conductivities of the samples were 80-90 W m À 1 K À 1 and tended to increase with increasing sintering temperature.

High Thermal Conductivity Ceramics and Their Composites for Thermal Management of Integrated Electronic Packaging

“…Many works to promote the densification of AlN ceramic bodies using different kinds of sintering additives such as CeO, Sm 2 O 3 , Y 2 O 3 , CaO, CaZrO 3 , and their multiple co-additions have been investigated [2][3][4][5]. Some of the recent results showing the thermal conductivities obtained in polycrystalline bodies are 90-156 W/mK as summarized in Table 1, which is far below the theoretical value and has a wide span from each other.…”

Processamento, propriedades e aplicações das cerâmicas de nitreto de alumínio

“…Esta rota de processamento não teve prosseguimento porque a cerâmica de AlN exibiu baixos valores de l (~70 W/mK). A terceira linha de pesquisa envolve a utilização de aditivo multicomponente de sinterização, que resultou em cerâmicas densas de AlN com valores moderados de l (150-180 W/mK) após sinterização entre 1600 e 1750 ºC [53][54][55][56][57]. Nos próximos tópicos, apresentam-se as influências do uso ou não de aditivos de sinterização, bem como o efeito da atmosfera de sinterização no comportamento de densificação do AlN.…”

“…A primeira linha de pesquisa é caracterizada pela otimização de l, similar ao observado nas décadas passadas, mas tendo como diferencial uma preocupação pelo comportamento mecânico. Mesmo com uma rota pré-estabelecida de processamento cerâmico, o AlN ainda tem estudos nas seguintes áreas: i) síntese de pós [123,124]; ii) processamento cerâmico em meio aquoso [125,126]; e iii) sistemas multicomponentes de aditivos de sinterização [38,57,94]. De modo geral, o processo de sinterização tem sido conduzido em forno convencional sem aplicação de pressão (pressureless sintering), forno convencional com aplicação de pressão (hot pressing sintering) e forno com aplicação de pressão e aquecimento induzido por corrente elétrica (spark plasma sintering).…”

“…A segunda linha de pesquisa é caracterizada pela preparação de compósitos tanto cerâmicos [6,57,112,[127][128][129] como poliméricos [87,130]. Em relação aos compósitos cerâmicos, observaram-se várias justificativas de estudos, tais como: i) compósitos AlN-BN, cujo objetivo é facilitar a usinagem do AlN por meio da adição de BN -usinagem de componentes com geometria complexa [112]; ii) compósitos AlN-TiN, cujo objetivo é montar módulos multicamadas em cerâmica para que o dispositivo eletrônico possa trabalhar acima de 500 ºC [6]; iii) compósitos AlN-SiC, cujo objetivo é possibilitar a manipulação (tailoring) de propriedades elétricas e térmicas, para combinar as melhores propriedades de cada um dos referidos materiais [127]; iv) compósitos AlN-grafeno, cujo objetivo é aumentar a condutividade elétrica e resistência mecânica usando grafeno como material para preenchimento (filler) [128]; e v) compósitos AlNvidro, cujo objetivo é produzir substratos cerâmicos pela tecnologia de cerâmica cossinterizada a baixa temperatura (low temperature cofired ceramic, LTCC) [129].…”

EFFECT OF REACTION CONDITIONS ON THE SYNTHESIS OF ULTRAFINE AlN POWDER WITH GLUCOSE AS CARBON SOURCE

“…Therefore, AlN has highly broad application prospects in the electronics industry [6][7]. Furthermore, it is an ideal packaging material for a new generation of highly integrated semiconductor substrates and electronic devices [8][9].…”