热分析-TMA 利用TMA 热机械分析仪氮化铝控管AlN, Aluminum Nitride 热膨胀系数CTE

氮化铝是一种非常优秀的无毒电子组件，具有高热传导(130W/m.k~180W/m.k)、高耐热冲击、高机械强度、高绝缘及低热膨胀的特性(4ppm~6ppm)。主要用于光电工程的应用，较为常见的类型为半导体、陶磁基板、护管、坩埚、膜层及军事等用途。日本的高质量氮化铝陶瓷基片生产国，主要研发生产氮化铝陶瓷基片产品的公司包括如京都陶瓷、日本特殊陶业、住友金属工业、富士通、东芝、日本电气等，一般热膨胀系数(CTE)或是热传导系数(TC)可以明显看出产品质量及制造能力，一般常见生产厂商认为氮化铝(AlN)膨胀系数就是4-5ppm，热传导系数就是180 W/m.k，但这是日本大厂或是制造能力好的产品，一般制程不佳，产品内部孔隙，裂缝…也常见到膨胀系数太高或是热传导系数仅130 W/m.k的不良品，所以利用膨胀系数仪TMA(Thermomechanical Analyzer)检测CTE或是热传导系数仪Hot Disk TPS 2500S or TPS 3500量测热传导TC都是氮化铝材料监控质量特性的重要因子之一。基板材料也常使用在多种材料复合或是多层基材上，如果膨胀系数无法搭配，产品势必会有曲翘或是破裂问题会发生。

氮化铝陶瓷基板是理想的电子基板材料，几乎是取代了氧化铝陶瓷基板的位置，但制程的技术与成本的考虑仍是目前需要解决的课题之一。相较于氧化铝陶瓷基板，其氮化铝陶瓷基板除了远高五倍以上的热传导系数外，其热膨胀系数也从原先约7.5ppm，更加缩减至约4.5ppm的优势。而低热膨胀的特性便是成为耐热冲击材料的重要关键。但低热膨胀系数的材料往往在检测上非常困难，需要较高精密的仪器才能够检测，一般常见为使用热机械分析仪TMA(Thermomechanical Analyzer)来检测，下图为Hitachi TMA7100以每分钟升温10℃的速率，从40℃升温至300℃的检测结果图。 

由图中可得知样品AlN在40℃~300℃的热膨胀系数(CTE)为4.02ppm。故可利用TMA来确认其膨胀情况，进而做到产品的制程控管。