[发明专利]一种氮化铝陶瓷的低温烧结助剂体系

说明书

本发明涉及一种氮化铝陶瓷的低温烧结助剂体系，所述低温烧结助剂体系包括组分A和组分B；所述组分A为TiO₂、ZrO₂、HfO₂中的至少一种；所述组分B为V₂O₅、Nb₂O₅、Ta₂O₅中的至少一种。本发明提出的烧结助剂方案，和目前文献报道的方案相比，可以在较短的时间内实现材料的致密化进程，工艺简单可靠，而且可以得到较高的热导率。

技术领域

本发明针对氮化铝陶瓷烧结温度高、烧结时间长、成本高的难题，提出一种烧结温度低、保温时间短、可以有效实现致密化的烧结助剂体系，属于陶瓷的制备工艺和应用领域。

背景技术

随着现代科技的发展，特别是电子封装技术的发展，电力电子器件集成度的增加，以及LED照明的应用，散热成为亟待解决的关键问题。如果产生的热量不能及时散掉，则会引起半导体芯片温度上升，导致电子器件性能不稳定，或者LED结温上升，导致发光效率下降，寿命缩短。目前散热问题已经成为制约电力电子部件和大功率LED应用的关键。常用的基板材料有Al₂O₃、BeO、SiC和AlN。A1₂O₃陶瓷是目前应用最为成熟的陶瓷基片材料，其价格低廉，耐热冲击性和电绝缘性能较好，制作和加工技术成熟，因而使用最广泛，占陶瓷基片材料的90％。但Al₂O₃的热导率只有22-28W/m·K左右，远远不能满足大功率LED的散热需求。碳化硅(SiC)陶瓷的导热率高，热膨胀系数与Si最为相近，但其绝缘性差，且烧结困难，难以制得致密的产品。虽然通过添加少量的氧化铍烧结助剂并采用热压烧结的方法可以获得高导热的SiC基片(270W/m·K)，但其损耗大，且热压成本高，限制了其发展和大批量应用。BeO陶瓷是目前导热性能最好的陶瓷基板材料，其综合介电性能良好，但其热导率随温度上升会大幅下降，此外BeO毒性较大，限制了其使用，目前在日本已经不允许BeO生产，在欧洲也已开始限制含BeO的电子产品。

AlN陶瓷是被国内外专家一致看好的一种新型封装材料，它具有优良的电热性能。与氧化铝相比，氮化铝具有高的热导率，是氧化铝的5～10倍，适应于高功率、高引线和大尺寸芯片；它的热膨胀系数与硅匹配，介电常数较低；材质机械强度高。AlN陶瓷作为高热导、高密封材料有很大的发展潜力，是陶瓷封装材料研究的重要发展方向。人们预计，在基片和封装两大领域，AlN陶瓷最终将取代目前的Al₂O₃和BeO陶瓷。

但是，由于氮化铝粉体成本较高，烧结困难，造成氮化铝基片的成本居高不下，无法满足LED产业低成本、批量化的应用需求。目前国产的氮化铝粉体价格较低，虽然氧含量较高，但是已经可以满足LED的应用需求，关键的问题是降低烧结成本。