[发明专利]一种陶瓷复合材料基板及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于LED陶瓷基板领域，具体为含有金属的陶瓷基板及其制备工艺。

背景技术

陶瓷材料化学性能稳定、电绝缘性好，线膨胀系数与电子元器件非常相近，是电子元器件中常用的基板材料之一。但是陶瓷材料的热导率相对较低，难以满足大功率集成电路或大功率LED的散热要求。

金属材料因为具有高的热导率、机械强度和良好的加工性能等优点，至今仍是人们继续开发和推广的主要材料之一。但是金属材料的线性膨胀系数与微电子芯片不匹配，在使用过程中将产生热应力而发生翘曲，更严重的是引起芯片的脱落而使电子元器件失效。

近年来，金属陶瓷复合材料以其高热导率、膨胀系数可调、比刚度大、密度小，使封装结构具有功率密度高、芯片寿命长、可靠性高和质量轻等特点，在电子封装材料领域展现出了良好的应用前景。传统金属陶瓷复合材料多采用粉末冶金的方法制备，陶瓷与金属两相互相隔离，陶瓷的低膨胀系数和金属高导热能力没有很好的发挥。专利201110327434.9给出了一种金属陶瓷复合基板，利用多孔SiC陶瓷和金属Al浸渗，制备Al/SiC复合基板，但形成的陶瓷三维空隙错综复杂，不利于金属的致密浸渗。本发明申请以流延冻干方法制备开口气孔均匀分布且垂直于陶瓷基体表面的多孔陶瓷，与液相浸渗法相结合，制备了一种金属相均匀分布且垂直穿透陶瓷的金属陶瓷复合材料基板，生产工艺高效简单，金属浸渗效果更好。

发明内容

本发明是针对陶瓷热导率相对较低、金属材料线膨胀系数与电子芯片不匹配问题，通过流延冻干方法制备开口气孔均匀分布且垂直于陶瓷基体表面的多孔陶瓷，与液相浸渗法相结合，制备了一种金属相均匀分布且垂直穿透陶瓷的金属陶瓷复合材料基板，以满足某些电子器件对高热导率基板的要求。

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的是提出一种金属陶瓷基复合材料基板。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种金属陶瓷复合材料基板，包含陶瓷基体和金属导热增强体，所述金属陶瓷复合材料基板中的金属导热增强体均匀分布且垂直穿透陶瓷基板。

其中，所述金属陶瓷复合材料基板陶瓷基体为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硅化物陶瓷、多元电子陶瓷或它们两种及以上的复合陶瓷。

其中，所述金属陶瓷复合材料基板陶瓷基体为堇青石陶瓷或堇青石玻璃。

其中，所述金属陶瓷复合材料基板金属导热增强体为具有高导热的金属Al、Ag、Cu及其合金等。

所述金属陶瓷复合材料基板，由以下步骤的工艺制备而成：

1）将重量份的陶瓷粉体60~70份，加入水10~15份、粘结剂10~20份、增塑剂2~5份、分散剂0.5~2份，混合均匀后得到陶瓷流延浆料；

2）将得到的浆料，在流延机上流延；

3）浆料通过流延冻干区，定向冷凝，在生带半成品中形成垂直贯通且均匀分布的柱状冰柱；

4）将冷凝形成均匀分布柱状冰柱的生带半成品在-20~-40℃温度下进行冻干，冻干时间为2~4小时，形成开口气孔均匀分布且垂直于陶瓷生带表面的多孔陶瓷生带；

5）将陶瓷生带进行加热排胶，升温至温度500~700℃，保持1~3小时，排胶后得到开口气孔均匀分布且垂直于陶瓷基体表面的多孔陶瓷坯片；

6）将开口气孔均匀分布且垂直于陶瓷基体表面的多孔陶瓷坯片送入烧结设备中，在900~1800℃温度下，烧结2~6小时。

7）将烧结得到的陶瓷基体与熔融的金属或合金浸渗，形成金属相均匀分布且垂直穿透陶瓷的金属陶瓷复合材料基板。

其中，所述步骤7）中的浸渗工艺为以下方法之一：

a.将烧结得到的陶瓷基体放入坩埚中，金属合金放在基体上，在真空炉中充以氮气保护，700℃~1200℃下浸渗2小时，金属合金熔化并在重力作用下进入多孔陶瓷基体孔隙中。

b.将烧结得到的陶瓷基体放入刚玉罐中，金属合金放在基体上，盖上罐盖，抽尽罐中空气后充以高纯氮气，保持罐中气压5~10MPa，放入高温炉中在700℃~1200℃下浸渗2小时，金属合金熔化并在气压作用下进入多孔陶瓷基体孔隙中。

c.将烧结得到的陶瓷基体放入压力模具中，金属合金放在陶瓷基体上，合模后抽尽模腔及陶瓷基体中空气，并对模具加压30~70MPa，将模具放入高温炉中在700℃~1200℃下浸渗2小时，金属合金熔化并在模具压力作用下进入多孔陶瓷基体孔隙中。

本发明所述的制备工艺得到的金属陶瓷基复合材料基板，其有益效果在于：