【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法。
技术介绍
1、近年来，随着5g通讯、微波tr组件、新能源汽车、igbt模块、半导体器件等高端电子装备的快速发展，对电子电力系统功率密度、功能完整性、可靠性、抗干扰性等性能的要求也越来越高，相应地，电子功率器件正朝向大功率化、高度集成化、小型化、高可靠性的方向发展。氮化铝(aln)理论密度为3.26 g/cm3，理论热导率320 w/(m·k)，具有与si、gaas等芯片材料相匹配的低热膨胀系数(aln: 4.2×10-6 /k，si和gaas：3-4×10-6 /k，25-200 ℃)，低的介电常数(1mhz，8.0)和介电损耗，良好的电绝缘性能，且安全无毒，是大功率混合集成电路陶瓷基板的理想材料，在高效释放由于高集成、高功率的电子器件运行时产生的热量的同时，还可承受震动、冲击等的机械应力，是实现功率电子器件安全、可靠运行的基本保障。
2、针对aln陶瓷基板的热导率、抗弯强度、杨氏模量、硬度、断裂韧性等性能的研究已经相当完备，但aln陶瓷基板的可靠性的评价不仅是对单一或多个力学性能指标的表征，应是对aln陶瓷基板的显微组织结构、断裂机制等综合因素的考虑。aln陶瓷基板的力学性能与aln晶粒尺寸，晶界相含量、分布等显微组织结构因素密切相关，其中以晶界相的影响最为显著。而aln陶瓷基板的断裂包含沿晶断裂和穿晶断裂，两种断裂机制中穿晶断裂所占比例的大小，即穿晶断裂率 ，是多种因素共同作用的结果。因此，亟需一种综合考虑aln陶瓷基板中的多种因素对其可靠性
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，综合考虑aln陶瓷基板中的多种因素对其可靠性影响，能更为精确的评价aln陶瓷基板的可靠性。
2、一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，包括如下步骤：
3、s1 、选取aln陶瓷基板试样；
4、s2 、aln陶瓷基板试样分切为一定尺寸后，测得aln陶瓷基板试样的杨氏模量数据；
5、s3 、测量aln陶瓷基板试样的维氏硬度数据；
6、s4 、测量aln陶瓷基板试样的显微组织结构数据；
7、s5 、计算aln陶瓷基板试样的晶粒和晶界临界能量耗散率；
8、s6 、评价aln陶瓷基板可靠性。
9、进一步地，所述步骤s1中选择的aln陶瓷基板试样的热导率均大于180 w/(m·k)，抗弯强度均大于320 mpa，相对密度均大于98 %，所述aln陶瓷基板试样的晶粒发育完全，呈等轴晶状，界面清晰，晶界相为大颗粒孤岛状或龟缩于晶界处的细小点状或连续状中的一种或多种分布状态。
10、进一步地，所述步骤s2中aln陶瓷基板试样的杨氏模量 e计算公式如下：
11、
12、式中， e为杨氏模量，gpa； k为由三点抗弯强度测试所述的aln陶瓷基板试样而获得的位移-载荷曲线的斜率； l为所述的aln陶瓷基板试样的长度，36 mm； b为所述的aln陶瓷基板试样的宽度，4 mm； h为所述的aln陶瓷基板试样的高度，2 mm。
13、进一步地，所述步骤s3中采用维氏压痕法测定了所述的aln陶瓷基板试样的硬度 hv，加载载荷 p为5 kgf，保压10 s，且所述的aln陶瓷基板试样表面压痕均呈规则的菱形，在四个角位置诱发长度不一的表面裂纹。
14、进一步地，所述步骤s4中采用扫描电子显微镜观察所述的aln陶瓷基板试样的表面压痕的显微组织结构，从压痕中心开始测量所述的aln陶瓷基板试样的表面压痕的裂纹长度 a，由此计算所述的aln陶瓷基板试样的断裂韧性 k ic，计算公式如下：
15、
16、式中， c为常数，0.016， p为采用维氏压痕法测定了所述的aln陶瓷基板试样硬度时的加载载荷，5 kgf；
17、采用扫描电子显微镜观察所述的aln陶瓷基板试样断面的显微组织结构，通过分析所述的aln陶瓷基板试样断面的sem图像中总计200个aln晶粒和晶界相的断裂模式以确定所述的aln陶瓷基板试样的穿晶断裂率；
18、根据aln陶瓷基板试样的断面的显微组织结构，采用线性截距法确定所述的aln陶瓷基板试样中aln晶粒的平均晶粒尺寸 d，计算公式如下：
19、
20、式中， l、 n α分别为所述的线性截距法中截获aln晶粒的线段长度(μm)和aln晶粒数； v为采用image-pro plus软件计算所述的aln陶瓷基板试样的晶界相体积分数，vol%。
21、进一步地，所述步骤s5中计算所述的aln陶瓷基板试样的晶粒和晶界临界能量耗散率的公式如下：
22、
23、式中，分别为所述的aln陶瓷基板试样的晶粒和晶界临界能量耗散率，j‧m-2； g ic为所述的aln陶瓷基板试样的临界能量耗散率，j‧m-2； y c为所述的aln陶瓷基板试样的沿晶扩展的裂纹所在的断裂区域的长度，μm； p是与所述的aln陶瓷基板试样的表面压痕的裂纹长度 a相关系数； q是常数，8.5； d*是所述的aln陶瓷基板试样的穿晶断裂的临界晶粒尺寸，μm。
24、进一步地，所述aln陶瓷基板试样的临界能量耗散率 g ic，计算公式如下：
25、
26、式中， valn为所述的aln陶瓷基板试样的泊松比，0.25。
27、进一步地，所述的相关系数 p，计算公式如下：
28、
29、式中， 本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤S1中选择的AlN陶瓷基板试样的热导率均大于180 W/(m·K)，抗弯强度均大于320 MPa，相对密度均大于98 %，所述AlN陶瓷基板试样的晶粒发育完全，呈等轴晶状，界面清晰，晶界相为大颗粒孤岛状或龟缩于晶界处的细小点状或连续状中的一种或多种分布状态。
3.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤S2的AlN陶瓷基板试样的杨氏模量E计算公式如下：
4.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤S3中采用维氏压痕法测定了所述的AlN陶瓷基板试样的硬度Hv，加载载荷P为5 kgf，保压10 s，且所述的AlN陶瓷基板试样表面压痕均呈规则的菱形，在四个角位置诱发长度不一的表面裂纹。
5.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方
6.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤S5中计算所述的AlN陶瓷基板试样的晶粒和晶界临界能量耗散率的公式如下：
7.根据权利要求6所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述AlN陶瓷基板试样的临界能量耗散率GIC，计算公式如下：
8.根据权利要求6所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述相关系数p，计算公式如下：
9.根据权利要求6所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述的AlN陶瓷基板试样的yc，计算公式如下：
10.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的AlN陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤S6中，通过对比所述的步骤S5中所述的AlN陶瓷基板试样的晶粒临界能量耗散率和晶界临界能量耗散率D 大小，评价所述的AlN陶瓷基板可靠性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤s1中选择的aln陶瓷基板试样的热导率均大于180 w/(m·k)，抗弯强度均大于320 mpa，相对密度均大于98 %，所述aln陶瓷基板试样的晶粒发育完全，呈等轴晶状，界面清晰，晶界相为大颗粒孤岛状或龟缩于晶界处的细小点状或连续状中的一种或多种分布状态。
3.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤s2的aln陶瓷基板试样的杨氏模量e计算公式如下：
4.根据权利要求1所述一种基于临界能量耗散率的aln陶瓷基板可靠性评价方法，其特征在于：所述步骤s3中采用维氏压痕法测定了所述的aln陶瓷基板试样的硬度hv，加载载荷p为5 kgf，保压10 s，且所述的aln陶瓷基板试样表面压痕均呈规则的菱形，在四个角位置诱发长度不一的表面裂纹。
5.根据权利要求1所述一种基...
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