[发明专利]一种高强度氮化铝陶瓷基板及其制造方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种陶瓷基板，具体涉及一种高强度氮化铝陶瓷基板及其制造方法。

背景技术

随着大功率模块电路集成度的提高以及大功率LED的发展，对所用绝缘基板材料提出了更高的要求，氮化铝陶瓷材料由于具有较高的热导率，已广泛应用于各种大功率电子原件的绝缘基板材料。然而，在一些小型化应用领域，除了具有较高的热导率外，还要求氮化铝陶瓷基板具有较高的机械性能，尤其是在厚度小于0.38mm的薄板中，要求氮化铝陶瓷基板具有较高的抗弯强度。在一些功率组件的散热基板或半导体器件的托架应用中，为了获得较好的机械性能和抗热震性能，人们往往采用控制晶粒生长的方法来获得细晶显微结构。例如，中国专利公开号200510072778.4公开了一种氮化铝烧结体的制备方法，采用烧结体中残留0.005-0.1wt%碳的方法来控制氮化铝晶粒的生长，同时采用CaO-Y₂O₃做助烧剂，在低于1700℃的烧结温度下获得晶粒在0.5-2.0μm的细晶氮化铝陶瓷，这种陶瓷具有较高的强度和抗热震性能，但是热导率却降低了。除了采用合适液相控制晶粒生长外，采用快速烧结也可以获得较细的晶粒。中国专利公开号03825296.1公开了一种氮化铝烧结体，采用脉冲电流快速烧结附加后续长时间热处理的工艺来获得小晶粒的致密氮化铝烧结体，该烧结体具有较高的强度，符合镜面抛光的要求，可以应用于高精度微细布线，但同样存在热导率降低的问题。

发明内容

因此，针对以上内容，本发明提供一种弯曲强度高、热导率高的高强度氮化铝陶瓷基板，同时提供一种制造所述高强度氮化铝陶瓷基板的方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高强度氮化铝陶瓷基板，由流延浆料经流延成型和高温烧结而成，所述流延浆料的各组分及其含量为：

氮化铝粉体       95～105重量份

稀土氧化物       4～8重量份

含硅氧化物       0.05～0.5重量份

溶剂             40～45重量份

分散剂           1～3重量份

粘结剂           8～12重量份

增塑剂           3～7重量份。

进一步的改进是：所述稀土氧化物为三氧化二钇。

进一步的改进是：所述含硅氧化物为气相法白炭黑或沉淀法白炭黑，所述含硅氧化物的粒径为0.01～1μm。

进一步的改进是：所述溶剂为无水乙醇与丁醇按重量百分比为1：2的比例混合的混合物，所述分散剂为鱼油，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。

所述高强度氮化铝陶瓷基板的制造方法，包括以下步骤：

（1）流延浆料的配制：将95～105重量份的氮化铝粉体、4～8重量份的稀土氧化物、0.05～0.5重量份的含硅氧化物、18～21重量份的溶剂、  1～3重量份的溶剂、1～3重量份的分散剂一起球磨混合23.5～24.5h，然后与22～24重量份的溶剂、8～12重量份的粘结剂、3～7重量份的增塑剂一起再混合11.5～12.5h，再经过真空除泡处理4.8～5.2h，得到粘度为18000～22000cps的流延浆料；

（2）流延生坯的制备：将流延浆料经流延成型机，流延得到厚度在0.2～0.8mm之间的流延坯体，将该流延坯体在500～650℃排胶1.8～2.2h，得到氮化铝流延生坯；

（3）陶瓷基板的制备：将氮化铝流延生坯放入高温钨真空电阻炉，在1790～1890℃进行无压烧结，烧结时采用氢气、氮气混合气氛保护。

进一步的改进是：所述步骤（3）中，氢气、氮气的流量比为1:1～2。

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是： 本发明在氮化铝粉体中添加特定含量的稀土氧化物、含硅氧化物以及溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂，采用高温烧结的方法，使得氮化铝陶瓷基板的第二相在烧结过程中分布于氮化铝晶粒的三角晶界处，在三角晶界处分布有一定的液相，对晶粒之间的结合产生“粘结”作用，从而获得弯曲强度高、热导率高的高强度氮化铝陶瓷基板，所得基板的显微结构为：粘结第二相分布于三角晶界处，断裂为穿晶断裂。进一步的，在高强度氮化铝陶瓷基板的制造过程中，采用氢气、氮气混合流动气氛进行保护，并且氢气、氮气的流量比控制在1：1～2，同时本发明采用的白炭黑的主要成份为二氧化硅，其添加量在0.05～0.5重量份，能够使液相集中在三角晶界处同时又不会对热导率造成损害。

具体实施方式