一種高導熱氮化硅基板及其制備方法技術

本發明專利技術屬于陶瓷基板制造技術領域，尤其是一種高導熱氮化硅基板及其制備方法。本發明專利技術基板由流延后的氮化硅生瓷片依次經過排膠工藝和燒結工藝制得，基板中的氧原子百分比為0～0.01％。通過排膠工藝變化精確控制排膠過程中的碳原子百分比，通過燒結過程中的壓力變化精確控制相轉變、氧原子百分比組成，進而實現高導熱高強度氮化硅基板的制備。導熱高強度氮化硅基板的制備。導熱高強度氮化硅基板的制備。

【技術實現步驟摘要】
一種高導熱氮化硅基板及其制備方法


[0001]本專利技術屬于陶瓷基板制造
，尤其涉及一種高導熱氮化硅基板及其制備方法。

技術介紹

[0002]第三代半導體可實現系統體積的大幅縮小、產品效率成倍提升，將對武器裝備系統、民用和工業裝備產生革命性的影響，是支撐下一代移動通信、新能源汽車、高速列車、能源互聯網、國防軍工、新一代顯示與光源等產業自主創新發展和轉型升級的重點核心材料和關鍵電子元器件，在國家安全(打破戰略平衡的戰略物資)、國家經濟安全(能源、交通、通信)和傳統產業轉型升級(低碳、智能)方面都起到核心支撐作用。
[0003]現有的新能源、高速列車等大功率半導體器件所產生的熱量主要是通過陶瓷覆銅板傳導到外殼而散發出去，并且需要擁有良好的抗沖擊和震動性能。相較于傳統氧化鋁DBC覆銅板，氮化硅AMB覆銅板擁有更大的剝離強度和溫度循環次數，其散熱能力和可靠性都有大幅提升，而氮化硅基板是氮化硅AMB覆銅板的核心原材料。因此，氮化硅基板是第三代半導體模塊封裝中不可或缺的關鍵基礎材料，這對氮化硅基板的熱導率和抗彎強度提出了更高的要求。
[0004]然而，現有的氮化硅制備工藝由于原材料粉體及燒結助劑的原因，燒成氮化硅基板后仍會存在少量的氧及氧化物晶界相，這會影響氮化硅基板的熱導率和抗彎強度，因此，亟需一種具有熱導率和抗彎強度的氮化硅基板。

技術實現思路

[0005]為了克服上述現有技術中的缺陷，為此，本專利技術提供一種高導熱氮化硅基板及其制備方法。本專利技術氮化硅基板具有低碳原子百分比和氧原子百分比，以及高熱導率和高抗彎強度。
[0006]為實現上述目的之一，本專利技術采用以下技術方案：
[0007]一種高導熱氮化硅基板，該基板由流延后的氮化硅生瓷片依次經過排膠工藝和燒結工藝制得，基板中的氧原子百分比為0～0.01％。
[0008]為實現上述目的之二，本專利技術一種高導熱氮化硅基板的制備方法，具體步驟如下：
[0009]S1、將流延制備好的多片氮化硅生瓷片之間敷上隔離粉，并放入排膠爐中等待排膠；
[0010]S2、排膠工藝：先對排膠爐進行抽真空，再依次升溫至200℃、350℃和550℃后，向排膠爐內充入保護氣體直到爐內壓力變為0.07
?
0.1Mpa時，停止充入保護氣體，繼續保溫0.5～2小時；之后隨爐冷卻，得到碳原子百分比為0.09～0.11％的生瓷片；
[0011]S3、燒結工藝：將步驟S2中的生瓷片轉移至燒結爐中，并對燒結爐進行抽真空，隨后以2～8℃/min升溫至900℃后，緩慢通入保護氣體至爐內壓力為0.4～1.5Mpa，隨后依次升溫至1200℃和1400～1600℃，再釋放爐內保護氣體以調節爐內壓力至0.3～1.4Mpa，隨后
升溫至1800℃～2000℃，保溫2～8h，再降溫至900℃，釋放保護氣體以調節爐內壓力至0.1～0.3Mpa，隨后自然冷卻至室溫，取出樣品制備出高導熱氮化硅基板。
[0012]優選的，排膠爐和燒結爐內初始抽真空的真空度均為30
?
150pa。
[0013]優選的，步驟S2中排膠爐抽真空后，先以1～3℃/min使得排膠爐升溫至200℃，再以0.5～3℃/min升溫至350℃，保溫1～4小時，以1.5～4℃/min升溫至550℃，保溫0.5～2小時，待調壓后繼續保溫0.5～2小時；再以2～8℃/min降溫至300℃后隨爐冷卻，得到碳原子百分比為0.09～0.11％的生瓷片。
[0014]優選的，步驟S3中調節燒結爐內壓力為0.4～1.5Mpa后，先以1～5℃/min升溫至1200℃，再以0.5～3℃/min升溫至1400～1600℃，隨后釋放保護氣體以調節爐內壓力至0.3～1.4Mpa，保溫2～8h，再以0.5～3℃/min升溫至1800℃～2000℃，保溫2～8h，再以5～20℃/min降溫至900℃，釋放保護氣體以調節爐內壓力至0.1～0.3Mpa，隨后自然冷卻至室溫，取出樣品制備出高導熱氮化硅基板。
[0015]優選的，保護氣體為氮氣或氬氣中的一種，且氮氣或氬氣的純度為99.999％。
[0016]優選的，氮化硅生瓷片由漿料經過流延工序制得，漿料的組分包括氮化硅原料粉體、燒結助劑、溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑和流平劑。
[0017]本專利技術的優點在于：
[0018](1)本專利技術利用微量的碳吸附氮化硅生瓷片中的微量氧，在燒結階段，通過爐內壓力及溫度的變化，在相變階段，通過氣壓的驟降，促進碳氧氣化溢出，以此達到降低氮化硅基板中氧原子百分比的目的，實現高導熱高強度氮化硅基板的制備，且制備出的氮化硅基板的氧原子百分比小于0.01％，熱導率≥120w/(m
·
k)，抗彎強度≥650MPa。
[0019](2)本專利技術采用一種新型排膠工藝與燒結工藝，通過排膠工藝變化精確控制排膠過程中的碳原子百分比，再通過燒結過程中的壓力變化精確控制相轉變、氧原子百分比組成，進而實現高導熱高強度氮化硅基板的制備。
[0020](3)本專利技術排膠階段控制爐內氣氛壓力及排膠溫度時間，以實現殘留微量碳至氮化硅生瓷片中，進而降低氮化硅基板氧原子百分比并純化晶界，從而提升熱導率和抗彎強度，對于進一步提升氮化硅AMB覆銅板的可靠性和應用范圍尤為重要，可適滿足三代半導體大功率大電流功率器件對氮化硅AMB覆銅板的要求。
附圖說明
[0021]圖1為本專利技術基板的掃描電鏡組織圖。
具體實施方式
[0022]如圖1所示，一種高導熱氮化硅基板由流延后的氮化硅生瓷片依次經過排膠工藝和燒結工藝制得，基板中的氧原子百分比為0～0.01％。
[0023]一種高導熱氮化硅基板的制備方法，具體步驟如下：
[0024]S1、將流延制備好的多片氮化硅生瓷片之間均敷上隔離粉，并按照5～30片/層進行疊片后放入坩堝中，隨后將坩堝放入排膠爐中等待排膠；
[0025]S2、設定排膠工藝曲線，排膠初始階段進行抽真空，將真空度設定為30
?
150pa，隨后以1～3℃/min升溫至200℃，以0.5～3℃/min升溫至350℃，保溫1～4小時，以1.5～4℃/
min升溫至550℃，保溫0.5～2小時后，向排膠爐內沖入高純保護氣體(氮氣或氬氣，純度為99.999％，以下相同)，爐內壓力變為0.05～0.09Mpa時，停止沖入保護氣體，繼續保溫0.5～2小時；隨后以2～8℃/min降溫至300℃后隨爐冷卻；即可得到碳原子百分比在0.09～0.11％的生瓷片；
[0026]S3、將排膠后的產品緩慢轉移至燒結爐中，設定燒結工藝曲線，燒結初始階段進行抽真空，將真空度設定為30
?
150pa，隨后以2～8℃/min升溫至900℃后，緩慢通入高純保護氣體至爐內壓力為0.4～1.5Mpa，以1～5℃/min升溫至1200℃，以0.5～3℃/min升溫至1400～1600℃，釋放保護氣體以調節爐內壓力為0.3～1.4Mpa，保溫本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高導熱氮化硅基板，其特征在于，該基板由流延后的氮化硅生瓷片依次經過排膠工藝和燒結工藝制得，所述基板中的氧原子百分比為0～0.01％。2.一種如權利要求1所述的高導熱氮化硅基板的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：S1、將流延制備好的多片氮化硅生瓷片之間敷上隔離粉，并放入排膠爐中等待排膠；S2、排膠工藝：先對排膠爐進行抽真空，再依次升溫至200℃、350℃和550℃后，向排膠爐內充入保護氣體直到爐內壓力變為0.07
?
0.1Mpa時，停止充入保護氣體，繼續保溫0.5～2小時；之后隨爐冷卻，得到碳原子百分比為0.09～0.11％的生瓷片；S3、燒結工藝：將步驟S2中的生瓷片轉移至燒結爐中，并對燒結爐進行抽真空，隨后以2～8℃/min升溫至900℃后，緩慢通入保護氣體至爐內壓力為0.4～1.5Mpa，隨后依次升溫至1200℃和1400～1600℃，再釋放爐內保護氣體以調節爐內壓力至0.3～1.4Mpa，隨后升溫至1800℃～2000℃，保溫2～8h，再降溫至900℃，釋放保護氣體以調節爐內壓力至0.1～0.3Mpa，隨后自然冷卻至室溫，取出樣品制備出高導熱氮化硅基板。3.根據權利要求2所述的一種高導熱氮化硅基板的制備方法，其特征在于：所述排膠爐和燒結爐內初始抽真空的真空度均為30
?
150pa。4.根據權利要求2所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周澤安，胡竹松，許海仙，張博，朱家旭，張振文，張洋，張浩，
申請(專利權)人：合肥圣達電子科技實業有限公司，
類型：發明
國別省市：