[发明专利]一种氮化铝基材用大功率厚膜电路高温烧结电阻浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及厚膜电路技术领域，尤其涉及一种氮化铝基材用大功率厚膜电路高温烧结电阻浆料及其制备方法。

背景技术

随着微电子封装技术的发展，电子元件的功率密度越来越大，致使单位体积发热量也随之增加，所以对新一代电路基材的散热能力即热导率要求越高。现阶段开发的高热导率陶瓷基材有AlN、SiC 以及BeO；其中，BeO 具有毒性，不利于环保；SiC 介电常数偏高，不适宜作基片。近年来，对于在高温环境下使用的电路板，尤其是对于高功率应用，一直需要采用氮化铝（AlN）衬底。

需进一步解释，AlN陶瓷基体是以氮化铝为主晶相的陶瓷，具有纤锌矿型结构，属六方晶系，密度在3. 2g/cm³~3. 3g/cm³之间。由于AlN 衬底极佳的特性，包括高热导率（130~200 W/m·K）和低热膨胀系数（CTE）（4~4.5×10^-6 /℃），它们一直是有希望的候选物。高热导率和低CTE的组合给予氮化铝良好的抗热震性。此外，氮化铝具有超过铝和氧化铍的抗弯强度（350~400MPa），表现出使其能够易于加工的低硬度，并且在氧化环境中超过900℃的温度下以及还原环境中高达1600℃的温度下是稳定的。AlN陶瓷热导率高、无毒、原料来源广泛、介电常数与机械性能与氧化铝接近而且绝缘性能更好、既可以流延成型又可以常压烧结，工艺性好。所以AlN是一种很有希望的高导热基板，已被视为新一代高密度、大功率电子封装中最理想的陶瓷基板材料，能够广泛应用于电力电子功率模块、微波毫米波功率器件、大功率电源模块、混合集成电路等领域，特别是利用其高导热的特点制备的陶瓷基板在动力机车、电动汽车、智能电网等电力电子领域应用广泛。

另外，氮化铝材料在厚膜浆料工艺方面的应用，在一些高端领域已逐渐替代了氧化铝陶瓷衬底，而一般传统的厚膜电子浆料主要针对氧化铝衬底发展进行研制，均采用硼硅酸铅体系或硼硅酸铅锌体系，但这些体系均以剧毒的氧化铅（PbO）为主要成分，PbO 系玻璃料用于AlN 陶瓷基片，在界面上发生反应，产生大量气泡，甚至使AIN 陶瓷基片表面氧化，AIN陶瓷基片润湿性变差，电子浆料就失去附着力。硼硅酸铋体系是低熔点、适度膨胀且具有良好湿润性的玻璃，但其中的主要成分氧化铋具有较高的活性，烧结时与氮化铝（AlN）发生反应释放气体，严重影响厚膜电路元件的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种氮化铝基材用大功率厚膜电路高温烧结电阻浆料，该厚膜电阻浆料具有良好的触变性、流动性，所用微晶玻璃粉及导电相均不与氮化铝基材发生反应，同时烧成后的电阻层具有结构光滑、致密、附着力强、耐老化、方阻可调、电阻温度系数较低且可调、印刷特性及烧成特性优良的优点，且能够很好与氮化铝基材相匹配。该厚膜电阻浆料可用于制备体积小、功率大、表面热负荷大、热导率高、热效率高、热启动快、温度场均匀、抗热冲击能力强、机械强度高、无污染、绿色环保、安全可靠的基于氮化铝基材的稀土厚膜电路电热元件。

本发明的另一目的在于提供一种氮化铝基材用大功率厚膜电路高温烧结电阻浆料的制备方法，该制备方法能够有效地生产制备上述厚膜电阻浆料。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

一种氮化铝基材用大功率厚膜电路高温烧结电阻浆料，包括有以下重量份的物料，具体为：

无机粘接相10%~30%

复合功能相50%~70%

有机载体20%~25%；

其中，无机粘结相由SiO₂、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃、MgO、晶核剂、稀土氧化物系微晶玻璃粉组成，无机粘接相中SiO₂、B₂O₃、ZnO、Al₂O₃、MgO、晶核剂、稀土氧化物七种物料的重量份依次为30%~40%、20%~30%、10%~20%、10%~20%、5%~15%、1%~5%、1%~5%；

复合功能相为球状银粉、片状银粉、纳米钯粉的混合粉，且混合粉中球状银粉、片状银粉、纳米钯粉三种物料的重量份依次为40%~50%、40%~50%、1-10%；

有机载体为有机溶剂、高分子增稠剂、分散剂、消泡剂、触变剂所组成的混合物，有机载体中有机溶剂、高分子增稠剂、分散剂、消泡剂、触变剂五种物料的重量份依次为50%~70%、25%~35%、1%~5%、1%~5%、1%~5%。