【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及陶瓷，更具體的說是涉及一種氮化鋁陶瓷基板及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著高功率電力電子、電子信息、半導(dǎo)體技術(shù)向高集成化、高速化、微型化、智能化發(fā)展，對其中起承載元件、外聯(lián)、保護(hù)和冷卻等作用的主要元件之一的陶瓷基板的要求越來越高，主要集中體現(xiàn)在對其熱導(dǎo)率和介電性能方面的要求。
2、其中，氮化鋁(aln)陶瓷以其優(yōu)異的高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、與si相匹配的熱膨脹系數(shù)以及其它優(yōu)良的物理化學(xué)性能，受到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和生產(chǎn)廠家的廣泛關(guān)注，被譽為新一代高密度封裝的理想基板材料。氮化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率理論值可達(dá)到320w.m-1.k-1，工業(yè)生產(chǎn)中制成的連續(xù)化產(chǎn)品一般在200w.m-1.k-1左右，已經(jīng)在大功率模塊電路、大功率晶體管、半導(dǎo)體激光器、開關(guān)電源以及其他既要求高導(dǎo)熱又要求良好絕緣性能的大功率器件上取得了廣泛應(yīng)用。
3、目前，氮化鋁陶瓷基板的成型方法主要有流延成型和干壓成型等。其中，流延法成型生產(chǎn)效率最高，且易于實現(xiàn)生產(chǎn)的連續(xù)化和自動化，可改善產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，但是，流延法制備氮化鋁陶瓷基板對工藝要求非常嚴(yán)格，并且僅適合于制備厚度在1.0mm以下的基板產(chǎn)品，當(dāng)厚度大于1.0mm時，則多采用干壓成型工藝，這也導(dǎo)致針對不同型號的產(chǎn)品需求，生產(chǎn)設(shè)備以及工藝開發(fā)的成本投入增加的情況；同時，由于流延成型工藝要求陶瓷漿料的流動性好，因此陶瓷漿料中的有機物含量高，坯片密度低，排膠、燒結(jié)過程中坯片收縮嚴(yán)重，而且坯片越薄越容易變形開裂，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
4、干壓成型具有操作方便，生產(chǎn)周期短，效率
5、因此，如何制備出一種方便調(diào)控厚度、導(dǎo)熱性好、抗彎強度高且生產(chǎn)成本較低的高品質(zhì)氮化鋁陶瓷基板是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專利技術(shù)的目的在于提供一種氮化鋁陶瓷基板及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、一種氮化鋁陶瓷基板，包括以下重量份的原料：氮化鋁粉體60-70份、有機互溶劑30-40份、液相燒結(jié)助劑3-5份、復(fù)合燒結(jié)助劑3-5份、分散劑1-3份和增塑劑1-3份。
4、優(yōu)選為：氮化鋁粉體65份、有機互溶劑35份、液相燒結(jié)助劑4份、復(fù)合燒結(jié)助劑4份、分散劑2份和增塑劑2份。
5、進(jìn)一步，上述有機互溶劑包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物18-22份、聚乙烯8-12份和硬脂酸4-6份。
6、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚乙烯的作用在于能夠與氮化鋁粉體、液相燒結(jié)助劑和復(fù)合燒結(jié)助劑等形成良好互溶，所得到的混合料通過混煉能夠得到具有良好塑性的混煉料。而且，本專利技術(shù)選擇具有不同揮發(fā)溫度的有機互溶劑的組分能夠形成分解的溫度梯度，在排膠的過程中，有機互溶劑的不同組分在不同的溫度段進(jìn)行分解，并平穩(wěn)緩慢揮發(fā)，能夠避免熱壓成型后的生坯在排膠過程中產(chǎn)生鼓泡或開裂，有利于最終得到的氮化鋁陶瓷基板具有良好的導(dǎo)熱率和表觀質(zhì)量。硬脂酸作為潤滑劑，在熱壓時處于粘流態(tài)，其加入能夠提高壓制過程中粉末顆粒之間的潤滑效果，減少摩擦阻力，使壓制時粉末顆粒能更好地傳遞壓力，粉末顆粒充填性好，有利于生坯密度的明顯提高，并且降低脫模力。
7、進(jìn)一步，上述液相燒結(jié)助劑為納米氧化鋁、仲丁醇鋁、異丙醇鋁和乙酰丙酮鋁中的至少一種。
8、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)通過添加適量的液相燒結(jié)助劑，一方面可彌補al含量的不足；另一方面，由于納米氧化鋁粉體等液相燒結(jié)助劑的高活性，可在較低的溫度下與復(fù)合燒結(jié)助劑反應(yīng)，直接形成含al液相，有利于al的擴(kuò)散傳質(zhì)，因此可實現(xiàn)較低溫度下的氮化鋁陶瓷基板的致密化燒結(jié)；另外，本專利技術(shù)通過添加少量納米氧化鋁粉體等液相燒結(jié)助劑可獲得具有少量、且均勻分布在aln晶粒三角晶界的液相或第二結(jié)晶相的顯微結(jié)構(gòu)，這種顯微結(jié)構(gòu)不會明顯地影響氮化鋁陶瓷基板的熱導(dǎo)率，但是有利于實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的大尺寸基板產(chǎn)品的色澤一致性，提高產(chǎn)品的平整度，表面粗糙度等，提高生產(chǎn)合格率、降低制造成本。
9、進(jìn)一步，上述復(fù)合燒結(jié)助劑包括碳酸鈣1.2-1.8份、氟化釔0.8-1.5份、氧化鑭0.6-0.9份和氧化鏑0.4-0.8份。
10、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)采用caco3-yf3-la2o3-dy2o3四元體系形成的復(fù)合燒結(jié)助劑為最佳選擇，對于氮化鋁陶瓷基板的燒結(jié)具有更好的促進(jìn)效果，能夠降低氮化鋁陶瓷基板的燒結(jié)溫度，熱導(dǎo)率顯著優(yōu)于單一組分、雙組分、三元體系燒結(jié)助劑條件下得到的氮化鋁陶瓷基板。
11、進(jìn)一步，上述分散劑為魚油、蓖麻油和三油酸甘油脂中的至少一種。
12、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)以魚油等作為分散劑，有利于提高物料的燒結(jié)活性。
13、進(jìn)一步，上述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯和/或聚乙二醇。
14、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)所選增塑劑用于增強混合料混煉后的塑性。
15、一種氮化鋁陶瓷基板的制備方法，具體包括以下步驟：
16、(1)配料
17、按上述氮化鋁陶瓷基板的重量份數(shù)稱取各原料，混合均勻，得到混合料；
18、(2)混煉
19、將混合料加入已經(jīng)預(yù)熱的混煉機中進(jìn)行一次或多次混煉，得到混煉料；
20、(3)熱壓成型
21、先將混煉料加入破碎機中進(jìn)行破碎造粒得到粒料，然后將粒料放入模具中通過熱壓成型的方法成型生坯，得到坯片；
22、(4)熱壓燒結(jié)
23、先將坯片進(jìn)行等靜壓處理；然后在坯片表面敷一層氮化硼隔粘粉，進(jìn)行疊層后加入排膠爐內(nèi)進(jìn)行排膠；再將排膠后的坯片加入真空高溫爐中，在氮氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行熱壓燒結(jié)，冷卻至室溫；最后進(jìn)行除粉拋光工藝，即得氮化鋁陶瓷基板。
24、進(jìn)一步，上述步驟(2)中，混煉機的預(yù)熱溫度為130-170℃，每次混煉的時間為40-60min。
25、進(jìn)一步，上述步驟(3)中，熱壓成型的壓力為18-22mpa，溫度為130-170℃，時間為2-5min。
26、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)通過熱壓成型的生坯比其他成型方法如流延成型、干壓成型的生坯更致密，氮化鋁粉體之間的間隙更小，有利于致密化燒結(jié)。
27、進(jìn)一步，上述步驟(4)中，等靜壓處理具體為：先將坯片進(jìn)行真空包裝密封；然后升壓至50-60mpa，保壓30-60s；再升壓至120-140mpa，保壓1-2min；最后升壓至180-210mpa，保壓3-5min。
28、采用上述進(jìn)一步技術(shù)方案的有益效果在于，本專利技術(shù)將陶瓷坯片在排膠燒結(jié)之本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，包括以下重量份的原料：氮化鋁粉體60-70份、有機互溶劑30-40份、液相燒結(jié)助劑3-5份、復(fù)合燒結(jié)助劑3-5份、分散劑1-3份和增塑劑1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，包括以下重量份的原料：氮化鋁粉體65份、有機互溶劑35份、液相燒結(jié)助劑4份、復(fù)合燒結(jié)助劑4份、分散劑2份和增塑劑2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述有機互溶劑包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物18-22份、聚乙烯8-12份和硬脂酸4-6份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述液相燒結(jié)助劑為納米氧化鋁、仲丁醇鋁、異丙醇鋁和乙酰丙酮鋁中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述復(fù)合燒結(jié)助劑包括碳酸鈣1.2-1.8份、氟化釔0.8-1.5份、氧化鑭0.6-0.9份和氧化鏑0.4-0.8份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述分散劑為魚油、蓖麻油和三油酸甘油脂中的至少一種
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯和/或聚乙二醇。
8.一種氮化鋁陶瓷基板的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種氮化鋁陶瓷基板的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述混煉機的預(yù)熱溫度為130-170℃，每次混煉的時間為40-60min。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種氮化鋁陶瓷基板的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述熱壓成型的壓力為18-22MPa，溫度為130-170℃，時間為2-5min；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，包括以下重量份的原料：氮化鋁粉體60-70份、有機互溶劑30-40份、液相燒結(jié)助劑3-5份、復(fù)合燒結(jié)助劑3-5份、分散劑1-3份和增塑劑1-3份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，包括以下重量份的原料：氮化鋁粉體65份、有機互溶劑35份、液相燒結(jié)助劑4份、復(fù)合燒結(jié)助劑4份、分散劑2份和增塑劑2份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述有機互溶劑包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物18-22份、聚乙烯8-12份和硬脂酸4-6份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述液相燒結(jié)助劑為納米氧化鋁、仲丁醇鋁、異丙醇鋁和乙酰丙酮鋁中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種氮化鋁陶瓷基板，其特征在于，所述復(fù)合燒結(jié)助劑...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王前，鞏鵬程，張雍，任文杰，任學(xué)美，
申請(專利權(quán))人：山東鵬程陶瓷新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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