【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于陶瓷材料，具體公開了一種納米晶高強(qiáng)氧化鋁陶瓷基板材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)最具活力、最具創(chuàng)新和最重要的行業(yè)之一。電子封裝技術(shù)在電子行業(yè)中起到至關(guān)重要的作用，是半導(dǎo)體芯片得以正常穩(wěn)定工作的保證，而其中電子封裝材料是電子封裝技術(shù)的重中之重。陶瓷材料封裝具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高熱導(dǎo)率、高機(jī)械強(qiáng)度、低熱膨脹系數(shù)、低介電常數(shù)和低介電損耗等特點(diǎn)而備受關(guān)注。氧化鋁陶瓷封裝基板材料具有優(yōu)良的電性能、機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性，在機(jī)械、熱、電等物理性能上優(yōu)于大多數(shù)氧化物陶瓷，且原料來源豐富，成本便宜，是目前電子工業(yè)集成電路中最常用的基板材料，占陶瓷基板材料總量的80％以上。目前，氧化鋁陶瓷基板廣泛應(yīng)用于厚膜電路、薄膜電路、混合電集成路、多芯片組件以及大功率igbt模塊等領(lǐng)域。
2、隨著5g、6g通信技術(shù)的發(fā)展，以及gan、aln、sic等第三代半導(dǎo)體崛起的等新形勢下，功率器件發(fā)展迅猛，氧化鋁陶瓷封裝需求量激增。在一些使用環(huán)境嚴(yán)酷惡劣的場合，如：航空航天、空間探測、深海鉆探等，對氧化鋁封裝陶瓷也提出了更高性能要求。為適應(yīng)器件高功率、高密度封裝和長壽命的要求，氧化鋁基板需要具備更高物理與力學(xué)性能，尤其對氧化鋁基板材料的抗彎強(qiáng)度提出了更高的要求。目前采用的中等晶粒(1-4μm)的氧化鋁陶瓷材料的性能已經(jīng)不能完全滿足新一代電子封裝技術(shù)的需求。細(xì)晶化是提高氧化鋁基板性能的主要途徑，細(xì)晶氧化鋁陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)更均勻，機(jī)械性能顯著提升。但是，現(xiàn)有相對成熟的技術(shù)大多只能將氧化鋁晶粒度細(xì)化至
3、因此，制備高性能的納米晶氧化鋁基板材料面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、鑒于上述不足，本專利技術(shù)采用納米級氧化鋁粉末，通過設(shè)計(jì)并優(yōu)化了不同粒度范圍的粉末搭配，解決了中等晶粒度氧化鋁陶瓷基板強(qiáng)度低，機(jī)械性能不足的問題。本申請利用多種分散劑和表面活性劑的協(xié)同作用，解決了納米晶粒容易團(tuán)聚、分散困難等問題。本申請通過設(shè)計(jì)燒結(jié)助劑的成分和粉末粒度配比，有效降低了氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度，在保證材料燒結(jié)致密性的前提下，有效降低了燒結(jié)溫度，進(jìn)而有效抑制了納米晶粒的長大，從而提高了氧化鋁陶瓷基板材料的強(qiáng)度。本申請中得到的氧化鋁基板材料晶粒度在100-300nm，密度≥3.95g/cm3，表面粗糙度≤0.2μm，翹曲度≤0.1mm，抗彎強(qiáng)度≥600mpa，無開裂、破損等外觀缺陷。
2、本專利技術(shù)是通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的：
3、本專利技術(shù)首先公開了一種氧化鋁陶瓷基板材料的制備方法，包括：
4、(1)配料、混料
5、稱取3-6wt％燒結(jié)助劑、0.5-2.0wt％稀土添加劑和余量氧化鋁粉末混合后加入球磨罐，得第一混合物；
6、取第一混合物，加入溶劑和分散劑，每100g第一混合物中加入40-100ml溶劑和30-80ml分散劑，得到第二混合物；
7、第二混合物加入氧化鋁陶瓷研磨球中研磨分散10-15h，磨球與第二混合物的質(zhì)量比為2:1-5:1，球磨轉(zhuǎn)速600-1000r/min，得到分散漿料；
8、向分散漿料中加入第一混合物質(zhì)量百分比為10-20％的粘接劑，再加入第一混合物質(zhì)量百分比為5-20％的增塑劑，進(jìn)行二次球磨，轉(zhuǎn)速600-800r/min，球磨時(shí)間8-15h，最后將轉(zhuǎn)速降至200-400r/min混合1-3h。倒出漿料時(shí)采用200目的篩網(wǎng)對漿料進(jìn)行過濾，除去粘結(jié)劑塊、大顆粒粉體等殘?jiān)玫搅鞯玫椒€(wěn)定均勻的流延漿料。
9、(2)除泡
10、得到的流延漿料在真空除泡機(jī)上除泡，真空度為小于-0.1mpa，溫度控制在30-45℃，時(shí)間為1-3h，最后得到的除泡漿料粘度為2000-4000mpa·s。
11、(3)流延成型
12、除泡漿料在流延成型機(jī)上流延得到生坯片。流延成型的溫度為50-90℃，流延成型的速度為0.2-0.5m/min，刮刀間隙為300-600μm。之后，在80-150℃下干燥1-3h，得到氧化鋁基板生坯片。
13、(4)排膠
14、將成型生坯片放入排膠爐中排膠，排膠溫度為700-800℃，排膠時(shí)間為3-6h，氮?dú)饣驓鍤鈼l件，氣體流量為5-10l/min。加熱速度為室溫-300℃以0.5-1.0℃/min，在300℃-排膠溫度以1.0-1.5℃/min的速率升溫，得到排膠氧化鋁材料。
15、(5)燒結(jié)
16、將排膠氧化鋁材料轉(zhuǎn)入低壓燒結(jié)爐進(jìn)行壓力燒結(jié)，以1-3℃/min的升溫速率升溫至1320-1420℃，燒結(jié)時(shí)間為2-3h，燒結(jié)氣氛為氮?dú)饣驓鍤猓瑹Y(jié)壓力2-6mpa，最終得到一種氧化鋁陶瓷基板材料。
17、進(jìn)一步地，步驟(1)所述氧化鋁粉末為質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.9wt％的納米和亞微米氧化鋁粉末，其中：
18、粒徑40-80nm的粉末占比5-8wt％，粒徑80-150nm的粉末占比20-25wt％，粒徑150-200nm的粉末占比30-40wt％，粒徑200-250nm的粉末占比15-24wt％，余量為粒徑250-300nm的粉末。
19、進(jìn)一步地，所述稀土添加劑由粒徑為50-100nm納米的ceo2和la2o3混合制成，ceo2與la2o3的質(zhì)量比為2:1-4:1。
20、進(jìn)一步地，所述溶劑由乙酸乙酯，乙酸丁酯，丙酮和無水乙醇混合制得，其中：
21、乙酸乙酯30-40wt％，乙酸丁酯20-30wt％，丙酮10-20wt％，余量為無水乙醇。
22、進(jìn)一步地，步驟(1)所述分散劑由三油酸甘油酯，蓖麻油和聚甲基丙烯酸混合制得，其中：
23、三油酸甘油酯30-40wt％，蓖麻油20-30wt％，余量為聚甲基丙烯酸。
24、進(jìn)一步地，步驟(1)所述粘結(jié)劑為聚乙烯醇縮丁醛，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯。
25、進(jìn)一步地，步驟(1)所述第二混合物加入氧化鋁陶瓷研磨球包括直徑為1mm、2mm、4mm和6mm的研磨球，其中：
26、直徑1mm的磨球占比10-20wt％，直徑2mm的磨球占比30-40wt％，直徑4mm的磨球占比20-30wt％，余量為直徑6mm的磨球。
27、進(jìn)一步地，步驟(5)所述燒結(jié)使用的燒結(jié)助劑為cao+sio2+mgo+b2o3的混合物，其中：
28、cao粉末粒徑為50-100nm，占比10-20wt％；sio2粉末粒徑為50-100nm，占比30-40wt％；mgo粉末粒徑為50-100nm，占比10-20wt％；b2o3粉末粒徑為50-100nm，余量為b2o3粉末。
29、本專利技術(shù)還公開了一種根據(jù)上述任一制備方法制得的氧本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種氧化鋁陶瓷基板材料的制備方法，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一所述制備方法制得的氧化鋁陶瓷基板材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氧化鋁基板材料，其中：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種氧化鋁陶瓷基板材料的制備方法，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其中：
6.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：萬維財(cái)，宋久鵬，劉薇，張?jiān)?/a>，周琪果，劉志輝，劉勵(lì)揚(yáng)，
申請(專利權(quán))人：西華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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