[发明专利]一种高热导率氮化硅-氮化铝复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高热导率氮化硅-氮化铝复合材料及其制备方法，属于无机非金属材料 技术领域。

背景技术

氮化硅陶瓷具有高比强、高比模、耐高温、热膨胀系数低、抗氧化和耐磨损以及抗热震 等优点，因此也是结构陶瓷综合性能最好的材料之一。在发动机组件、微波透过、半导体以 及电学/光学器件等诸多领域有广泛的应用。尤其是氮化硅陶瓷具有优良抗热震和较低的成 本使其在半导体器件、半导体集成电路、微电子封装和通信领域具有潜在的应用前景。

然而，目前制得的氮化硅材料却存在着热导率低的问题。中国专利文献CN1152299A(申 请号：96190066.0)公开了一种高导热性氮化硅烧结体的制备方法；CN102724805A提供了 一种高散热与高导热特性的复合基板的制造方法；中国专利文献CN1842506A(申请号： 200580000816.3)公开了“具有高导热性氮化硅烧结体及氮化硅结构部件”，制备方法为添 加氧化钇等稀土氧化物为烧结助剂通过球磨混合、干燥、干压成型、高温烧结等工序制备了 Si₃N₄烧结体。上述专利文件中的产品在1000℃以上的高温环境下也有着优良的耐热性，而 且由于热膨胀系数低，因而耐热冲击性也非常出色。但是，热导率仅为50W/(m·K)，无法满 足由于集成技术的高速度、高集成度、大功率输出方向的发展，而导致集的成块单位体积内 所释放的热量大幅度提升，对电子设备封装或基板材料导热性能提出更高的要求。

氮化铝是一种综合性能优良的功能陶瓷材料，具有优异的导热性(理论热导率可达320 W/(m·K))，与硅相匹配的线膨胀系数，并具有密度较低、无毒等优点，迅速成为物理、化学 及材料等领域的研究热点，因而受到了很多研究者的关注。中国专利文件CN1686944A(申 请号：200510073050.3)提供了一种采用粉末冶金制备高导热氮化铝陶瓷基片的方法，用无 压烧结方法，通入氮气作为保护气体，以氧化镝等稀土氧化物为烧结助剂，制成了热导率较 高的氮化铝陶瓷基板材料，但该专利文件制得的产品成品率较低，工艺复杂，很难满足工业 化生产的要求；CN103626497A(申请号：201310610679.1)提供了一种高导热氮化铝基复 相陶瓷的制备方法；徐鹏等“烧结助剂La₂O₃含量对热压烧结制备Si₃N₄-AlN复相陶瓷性能的 影响”，机械工程材料,2011.1,35(1):11-14，研究了La₂O₃含量对复相陶瓷性能的影响，制得 的材料的热导率仅为30W/(m·K)。

虽然目前已经有不少研究氮化硅基复相陶瓷的文献报道，但更多的是关于力学性能和透 波性的研究，对热导率的研究则比较少，而且制得的材料热导率值却无法令人满意。在此情 况下，急需开发一种添加高热导率的材料的氮化硅基复合陶瓷材料，其表现出强度高、高耐 热性和高耐氧性的同时，也具有良好的导热性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种高热导率氮化硅-氮化铝(Si₃N₄-AlN)复合材料 及其制备方法，该复合材料的制备方法工艺简单、成本低，所制得的Si₃N₄-AlN复合材料除 了具有一般氮化硅陶瓷的优异性能外，还具有热导率高的特点，可以满足半导体器件和集成 电路等对热导率要求较高的场合的应用要求。

本发明的技术方案如下：

一种高热导率氮化硅-氮化铝复合材料，由以下质量百分比的原料成分经混合、球磨、 干燥、烧结而成：氮化硅55～90wt.％，氮化铝5～35wt.％，烧结助剂0～10wt.％；各成分用量之 和为100％。

根据本发明，优选的，所述氮化硅-氮化铝复合材料，由以下质量百分比的原料成分经 混合、球磨、干燥、烧结而成：氮化硅60～80wt.％，氮化铝15～30wt.％，烧结助剂4～6wt.％； 各成分用量之和为100％。

根据本发明，优选的，所述的氮化硅为平均粒径0.5μm的氮化硅微粉。

根据本发明，优选的，所述的氮化铝为平均粒径0.5μm的氮化铝粉。