[发明专利]一种碳化硅低压压敏陶瓷及其固相烧结制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于低压微电子领域的固相烧结碳化硅(SiC)压敏陶瓷的制备方 法，属于SiC陶瓷领域。

背景技术

压敏陶瓷因具有良好的非线性伏安特性，其电阻随着电压的增加而急剧减小，在灭 电火花、过电压保护、制备避雷针和电压稳定化等方面有着重要的作用。碳化硅(SiC)压 敏陶瓷性能稳定，不易老化，使用寿命长，除在灭磁速度方面SiC压敏电阻元件性能略差于 ZnO电阻元件相应性能外，在元件运行可靠，结构紧凑体积小、能容大、时效性良好，元件 自身可独立实现较好的均流和均能特性等诸多集成综合性能方面具有明显的优点。

同时SiC陶瓷以其优异的高温稳定性、耐磨性、高的热导率而广泛应用于工业生产 中。其中固相烧结的SiC陶瓷由于烧结助剂含量很低，晶界处不会残留较低熔点的物质,其 物理化学性能具有高温稳定性，耐强酸强碱环境等特性，因此固相烧结的SiC陶瓷具有特殊 的应用价值，可以作为苛刻环境下运行的电子元件。

另外随着集成电路的快速发展，各种电子器件的驱动电压及耐压值逐渐下降，与此 同时，由于静电、电磁脉冲等原因导致的单一器件误操作或损坏造成的整个集成电路出现误 操作或损坏的几率也大大增加，因此在现代集成电路应用中，需要大量的低压压敏电阻吸收 在电路内部或外部形成的浪涌电压或电流，对集成电路进行保护，因此低压压敏电阻的发展 与应用受到广泛关注。

发明内容

本发明旨在综合固相烧结SiC陶瓷优点，制备出低压SiC压敏陶瓷，以应用于微电 子领域。

首先，提供一种所述碳化硅低压压敏陶瓷由碳化硅和固相烧结过程中原位复合的碳 组成，所述碳在所述碳化硅低压压敏陶瓷的重量百分含量为3～6wt％的压敏电压U_1mA在 1.9Vmm^-1～14.8Vmm^-1可控，非线性系数α<3。

较佳地，所述碳化硅低压压敏陶瓷的密度为3.10～3.16g·cm^-3，室温下热导率 ≥150W·m^-1K^-1。

本发明还提供了一种上述碳化硅低压压敏陶瓷的制备方法，包括：

配置原始粉料：碳化硅93～97wt％，烧结助剂7wt％以下、粘结剂加入量为粉体总质量1～ 10wt％，

将所述原始粉料通过球磨混合，配成固含量为40～45wt％的浆料；

将所得浆料喷雾造粒，依次进行干压成型和等静压成型，获得坯体；

将所得坯体真空脱粘后，在常压惰性气氛条件下于1900～2300℃下烧结1～2小时，得所述 碳化硅低压压敏陶瓷。

本发明中，所述SiC粉体的粒径为0.1～1μm。优选采用高纯SiC粉体，其氧含量 ≤1.8wt％，Fe含量≤0.02wt％。

本发明中，所述烧结助剂可为C黑、B、B₄C至少一种。

本发明中，所述粘结剂可为酚醛树脂或PVA或/和PVB。

较佳地，所述干压成型的压力为15～100MPa。

较佳地，所述等静压的压力为150～210MPa。

本发明还提供一种调节碳化硅陶瓷的低压压敏性能的方法，所述方法以C黑、B、 B₄C中的至少一种作为烧结助剂，以酚醛树脂、PVA和/或PVB为粘结剂无压固相烧结制备 原位复合有碳的碳化硅陶瓷，其中C黑和/或酚醛树脂在固相烧结过程中裂解产生的碳作为 碳源，通过控制碳源的量以调节碳化硅陶瓷的低压压敏性能以使其压敏电压U_1mA在 1.9Vmm^-1～14.8Vmm^-1可控。