[发明专利]大尺寸片式绝缘散热陶瓷基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，具体涉及一种大尺寸片式陶瓷基板及其制备方法。

背景技术

氧化铝陶瓷基板因其良好的热传导性能、较高的机械强度、优异的绝缘性能和极具应用价值的高性价比，成为半导体、电子等行业应用最为广泛的无机非金属基板材料。尤其是应用在大功率高亮度LED（发光二极管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）中作为绝缘散热基板具有非常广阔的应用前景。随着LED和IGBT的封装技术发展，对可提高线路印刷效率和散热效能的大尺寸、高平整度、高表面质量的陶瓷基板需求日益增加。目前，可进行工业化批量生产氧化铝陶瓷基板的成型工艺主要有流延成型、压制成型和凝胶注模成型。

流延法成型技术已有几十年的发展历程，其自动化程度和成型效率相对较高。但由于工艺的局限性，通常仅适用于长宽尺寸＜150×150mm、厚度＜1.5mm的陶瓷基板成型。

压制成型包括干压成型和半干压成型，其优点是成本较低，但不适用于形状较为复杂的制品，且因成型工艺本身特性易导致坯体密度分布不均匀引起制品变形，增加后期加工成本。而且由于压制成型坯体的强度和柔韧性相对较低，在长宽尺寸＞150×150mm、厚度＜5mm的范围内，无法进行工业化批量生产。

凝胶注模成型适用于厚度0.6～10mm的陶瓷基板成型，但自动化程度和成型效率相对较低。批量化生产中一般利用浆料的自身重力作为动力源注入模具，其工艺中对浆料流动性、注入模具的流动方式、凝胶时间控制、坯体干燥均匀性等方面要求较高，量化控制难度较大。在浆料注入模具过程中，可凝胶的悬浮浆料容易受注入流动过程的影响引起局部浆料的密度差异，因而导致干燥过程中收缩不一致引起坯片边缘的翘曲，从而导致长宽尺寸＞150×150mm的制品成品率过低，无法满足批量化生产要求。

对于长宽尺寸＞150×150mm、厚度0.2～10mm的陶瓷基板，现有可工业化批量生产的制备方式均无法完全满足要求。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种同时满足边长为150～350mm、厚度0.2～10mm适用于工业化批量生产的大尺寸片式绝缘散热陶瓷基板，本发明同时提供了其制备方法。

本发明所述的大尺寸片式绝缘散热陶瓷基板，陶瓷基板边长为150～350mm、厚度为0.2～10mm，陶瓷基板配料质量百分组成如下：

95%～99.8%的氧化铝粉、0.2%～5%复合烧结助剂；

外加占氧化铝粉与复合烧结助剂质量总和4～7%的有机功能助剂，占氧化铝粉与复合烧结助剂质量总和10～18%的溶剂。

其中：

所述氧化铝粉为平均粒度1～4μm微观晶型呈片状或短柱状高温煅烧α-氧化铝粉、平均粒度0.1～1μm微观晶型呈球状或短柱状高纯α-氧化铝粉中的一种或多种任意比例的混合物。两种氧化铝均为市售产品。其中，高纯α-氧化铝粉纯度≥99.99%。高温煅烧α-氧化铝粉和高纯氧化铝粉均为α-氧化铝粉。

目前，市售的α-氧化铝粉中基本分为两个较大的类别：

（1）拜耳法生产的平均粒度1～4μm微观晶型呈片状或短柱状α-氧化铝粉，此种工艺一般采用高温转化的方式制取的氧化铝粉，其微观形态因原料产地、高温转化设备的不同一般呈片状或短柱状，其颗粒结构比较不规则，烧结活性相对较低，浆料流动性相对较好；

（2）受下游蓝宝石行业需求刺激，近年来铝铵分解法（硫酸铝铵、碳酸铝铵）、异丙醇铝水解法等制取高纯（纯度≥99.99%）氧化铝的方法在国内发展迅速，生产的α-氧化铝粉平均粒度一般较低，微观晶型呈短柱状或球状。其颗粒结构比较均一，比表面能相对较高，烧结活性相对较高，浆料流动性相对较差。

所述复合烧结助剂为滑石、菱镁矿、碳酸镁、碳化硅、高岭土、纳米铝粉、碳酸钙、氧化镧、氮化铝、氧化钇或硝酸铷中的两种或多种任意比例的混合物。

所述有机功能助剂为柠檬酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸铵、2-羟基-2-甲基苯基丙烷-1-酮、丙烯酰胺、N-N'亚甲基双丙烯酰胺、丙三醇、1-羟基环己基苯基甲酮、过硫酸铵、四甲基乙二胺、四甲基氢氧化铵、安息香二甲醚或丙酮中的多种任意比例混合物。

所述溶剂为去离子水。本发明采用的原料均为市售产品。

所述的大尺寸片式绝缘散热陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：

（1）配料、研磨、浆料处理：

准确称量配方量的氧化铝粉、烧结助剂、有机功能助剂和溶剂，按照工艺要求的时间顺序依次加入各种原料进行湿法球磨制成可凝胶陶瓷浆料，将浆料进行真空搅拌除泡；