[发明专利]一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，具体来说，涉及一种氮化铝陶瓷基板的制备方法及采用该方法制备的氮化铝陶瓷基板。

背景技术

随着高功率电力电子、电子信息、半导体技术向高集成化、高速化、微型化、智能化发展，对其中起承载元件、外联、保护和冷却等作用的主要元件之一的陶瓷基板的要求越来越高，主要集中体现在对其热导率和介电性能方面的要求。

其中，氮化铝(AlN)陶瓷以其优异的高热导率、低介电常数、与Si相匹配的热膨胀系数以及其它优良的物理化学性能，受到了国内外学术界和生产厂家的广泛关注，被誉为新一代高密度封装的理想基板材料。氮化铝陶瓷基板的热导率理论值可达到320W.m^-1.K^-1，工业生产中制成的连续化产品一般在200W.m^-1.K^-1左右。已经在大功率模块电路、大功率晶体管、半导体激光器、开关电源以及其他既要求高导热又要求良好绝缘性能的大功率器件上取得了广泛应用。目前陶瓷基板的成型方法主要有流延成型、干压成型等。

目前氮化铝(AlN)陶瓷较常采用的成型方法是流延成型，流延法制造氮化铝陶瓷基板主要包括以下几个步骤：步骤1、在氮化铝粉体中按比例加入烧结助剂，搅拌均匀；步骤2、在步骤1得到的粉体中按比例加入增塑剂、悬浮剂、粘结剂和溶剂后，经振磨，制成混合均匀的浆料；步骤3、将上述浆料通过流延成型机制成陶瓷坯带，并烘干成固体坯带，将坯带裁制成坯片；步骤4、将坯片送入烧结炉内烧结、冷却后得到氮化铝陶瓷基板。

流延法成型生产效率最高，且易于实现生产的连续化和自动化，可改善产品质量，实现大批量生产，但是流延法制备陶瓷基板对工艺要求非常严格，并且仅适合于制备厚度在1.0mm以下的基板产品，当厚度大于1.0mm时，则多采用干压成型工艺，这也导致针对不同型号的产品需求，生产设备以及工艺开发的成本投入增加的情况。

干压法制备氮化铝陶瓷基板主要包括以下几个步骤：步骤1、将氮化铝粉末、混合烧结助剂混合均匀得到原料粉末；步骤2、在上述得到的粉末中加入粘结剂后造粒；步骤3、将得到的粉体在压力机上成型坯片；步骤4、对坯片进行排胶；步骤5、烧结及后续处理得到氮化铝陶瓷基板。

干压成型具有操作方便，生产周期短，效率高，易于实现自动化生产的特点，但干压成型适用于制备厚度在1.0以上的基板产品，当用于生产厚度小于1.0mm的基板时，由于氮化铝粉末较少，容易受力不均，成型难度大，即使成型坯片，坯片在后续的烧结过程中也易于出现开裂、翘曲等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的制备方法难以适用于生产各种厚度的氮化铝陶瓷基板的缺陷。

为此，本发明中提供了一种氮化铝陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、配料：称取氮化铝陶瓷基板的原料，并混合均匀，所述原料包含氮化铝粉体、烧结助剂、以及有机互溶剂；

步骤2、混炼：将混合均匀的原料加入已经预热的混炼机中进行一次或多次混炼，制得混炼料；

步骤3、热压成型：将所述混炼料经造粒得到粒料，然后放入模具中通过热压成型的方法成型生坯；

步骤4、将热压成型的生坯进行排胶，去除生坯中的有机互溶剂，然后再将排胶后的坯件进行烧结。

优选地，所述混炼的条件：混炼机的预热温度为150℃±30℃，每次混炼的时间为30-90min。

优选地，所述热压成型是将粒料放入模具中，在150℃±30℃的温度，20±5Mpa的压力下进行热压。

优选地，所述造粒是将混炼料在破碎机中进行破碎造粒；

所述排胶的条件：将热压成型的生坯置于排胶炉中，在空气气氛下，以1-3℃/min的升温速度升温至550℃±20℃，然后在550℃±20℃的温度下保温1-3h；

所述烧结的条件：将排胶后的坯件置于真空高温炉中，在惰性气氛的保护下，于1750℃-1850℃进行烧结，烧结时间为3-5h。

优选地，以所述原料的总重量计，氮化铝粉体的含量为50wt％-70wt％，烧结助剂的含量为3wt％-5wt％，有机互溶剂的含量为25wt％-45wt％。

优选地，所述氮化铝粉体的纯度在99％以上，平均粒径为1-2μm；所述烧结助剂选自氧化钇、氧化钙、氟化钙中的一种或几种。