[发明专利]一种陶瓷基板及其制备方法

说明书

本发明属于陶瓷制品技术领域，具体涉及一种陶瓷基板及其制备方法。为了在获取高热导率和力学性能的同时，改进片状陶瓷散热基板材料的制备方法，本发明通过对内基体和外基体的结构、材料进行设计优化，并结合热压烧结工艺等对陶瓷基板进行致密化，使内基体材料与高导热颗粒形成较好的结合，外基体能够有效支撑内基体，并与内基体形成较好的冶金界面结合，从而保证制备所得的陶瓷基板具有较高的致密度、硬度、抗弯强度、耐磨性、热导率，进一步拓宽制备所得陶瓷基板的应用范围，使其可以应用于导热散热器件和耐磨材料等诸多领域。此外，本发明的制备方法简单，效率高、成本低廉，可产业化。

技术领域

本发明属于陶瓷制品技术领域，具体涉及一种陶瓷基板及其制备方法。

背景技术

近年来，电动汽车、风力发电和LED照明等电子器件进入了高速发展阶段，由目前的电子器件工作电流大、温度高、频率高，电子器件中的散热基板材料已不能满足要求。为保证器件及电路工作的稳定性和使用寿命，有必要发展高热导率的散热基板材料。

氮化铝、氮化硅、氧化铝等陶瓷基板材料具有耐高温、耐磨损、抗氧化、热膨胀系数低，导热性、绝缘性和抗电击穿能力好等性能，在集成电路电子器件领域广泛应用。然而，氮化铝目前的热导率仅为120-200W/(m·K),氮化硅仅为60-100W/(m·K),氧化铝仅为10-45W/(m·K)。为满足电子器件大功率化、高频化和集成化的需求，有必要进一步提升陶瓷基板材料的导热性能。同时，片状陶瓷基板材料的制备工艺复杂，常用的制备方法是将陶瓷粉体流延成型后进行烧结。然而，流延工艺需要添加大量醇类和酮类等有机溶剂，比如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)等粘结剂，邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等增塑剂，以及硅烷偶联剂等分散剂，这些有机溶剂在流延和排胶等过程中极易造成环境污染，并危害操作人员的健康。因此，有必要在获取高热导率和力学性能的同时，改进片状陶瓷散热基板材料的制备方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种陶瓷基板的制备方法，通过热压烧结致密化等工艺，便可获得高热导率和力学性能，可以适用于导热和耐磨等领域。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供了一种陶瓷基板的制备方法，在原料上，所述陶瓷基板包括主基板材料、辅助基板材料和高导热颗粒材料，所述主基板材料选自粉末状氮化铝、氧化铝、碳化硅和氮化硅中的至少一种，所述辅助基板材料选自Al₂O₃，SiO₂、B₂O₃、Bi₂O₃、Y₂O₃、MgO、CaO、Li₂O、ZnO中的至少一种，所述高导热颗粒材料选自金刚石、立方氮化硼、二硼化钨、石墨片中的至少一种；在结构上，所述陶瓷基板包括两侧的外基体和内基体，以及位于内基体之间的单层紧密排布高导热颗粒材料，所述外基体由主基板材料和辅助基板材料制成，所述内基体由辅助基板材料制成；所述陶瓷基板的制备方法包括以下步骤：

S1、外基体的制备：将粉末状主基板材料与辅助基板材料混合球磨成浆料，再经冷压成型制备成0.05-2mm厚度的片状压坯；

S2、内基体的制备，将辅助基板材料粉末球磨成浆料，再经冷压成型制备成0.05-2mm 厚度的片状压坯；

S3、将高导热颗粒材料单层紧密排布在内基体的表面，将另一层内基体覆盖在高导热颗粒材料表面进行固定，再将两层外基体分别覆盖在内基体的两侧进行固定，然后采用快速压力烧结对所得复合层进行致密化，烧结的温度为900-1800℃，保温时间为5-30min，烧结的压力为10-100MPa，烧结的环境为真空、氮气或氩气；

S4、对烧结制备得到的片状陶瓷基板进行减薄和研磨，使外基体的厚度降低至0.01-1mm，制得陶瓷基板。