[发明专利]一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法，属于材料领域。

背景技术

氮化铝(AlN)陶瓷具有优良的导热性能，优异的物理化学稳定性，且无毒、绝缘，热膨胀系数与硅(Si)相近，是高密度电子封装的理想基板材料，特别是在高功率高能量密度LED照明领域有着巨大的应用前景。国内外很多研究单位和公司都在开发或已开发出高导热AlN基板，工业生产中的AlN产品热导率(理论值320W/(m·K))一般在200W/(m·K)以下。目前，AlN陶瓷的成型方法有有机流延成型、干压成型和热压成型等，干压成型与热压成型适于制备厚度1mm及以上的陶瓷基板，而对于制备1mm厚度以下的陶瓷基板用流延成型最为合适。

流延成型AlN工艺采用有机溶剂基质，且多含苯和酮等有毒害的溶剂，对人体以及环境造成危害。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法，本发明以无苯、无酮、无毒的有机溶剂来流延成型氮化铝，通过添加烧结助剂，能在比较低的温度下烧结成氮化铝陶瓷基板。

本发明提供的一种氮化铝陶瓷流延浆料，它包括如下组分：固体粉末、分散剂、溶剂、增塑剂、粘结剂和脱泡剂；

所述固体粉末包括氮化铝粉体和烧结助剂。

上述的流延浆料中，所述氮化铝粉体的纯度为99％～99.9％；

所述氮化铝粉体的平均粒径可为1～2μm。

上述的流延浆料中，所述分散剂、所述增塑剂、所述粘结剂、所述脱泡剂与所述固体粉末的质量比可为1～10：1～20：5～15：0.1～3：100，具体可为3.5～5：4～12：8～11：0.7～1.5：100。

上述的流延浆料中，所述溶剂选自乙酸乙酯、异丙醇、无水乙醇和乙酸丙酯中的至少一种；

所述流延浆料中固含量可为55～60％，具体可为58％。

本发明中，所述固含量指的是固体总质量占固体和液体总质量的百分数。

上述的流延浆料中，所述分散剂选自磷酸三乙酯、聚乙二醇和油酸中的至少一种；

所述增塑剂选自聚烷撑乙二醇(简称PAG)、邻苯二甲酸丁基苄酯(简称BBP)、甘油三醋酸酯和环氧油酸丁酯中至少一种；

所述粘结剂选自聚乙烯醇缩丁醛(简称PVB)、聚乙烯醇和乙基纤维素中的至少一种；

所述脱泡剂选自乙二醇和/或正丁醇。

上述的流延浆料中，所述烧结助剂选自三氧化二钇、三氧化二铝、氟化钇、氟化钙、碳酸钙、碳酸锂、二氧化硅和硼酸中的至少一种；

所述烧结助剂与氮化铝粉末的质量比可为0.1～10：100，具体可为5.14:100、5.44:100、5.75:100、4.5～6.5：100或3～8:100。

本发明中，所述氮化铝、所述三氧化二钇、所述三氧化二铝、所述氟化钇、所述二氧化硅、所述碳酸锂、所述硼酸、所述氟化钙和所述碳酸钙的英文简称分别为AlN、Y₂O₃、Al₂O₃、YF₃、SiO₂、Li₂CO₃、H₃BO₃、CaF₂和CaCO₃。

本发明所述氮化铝陶瓷流延浆料应用于制备氮化铝陶瓷基板中。

本发明还提供了一种氮化铝陶瓷基板的制备方法，包括如下步骤：

1)首次球磨：将所述的流延浆料中的所述氮化铝粉体、所述烧结助剂、所述分散剂、所述溶剂混合后进行首次球磨；

2)二次球磨：将步骤1)所得的混合物与所述的流延浆料中的所述增塑剂、所述粘结剂、所述脱泡剂混合进行二次球磨，得到混合浆料；

3)真空除泡：将步骤2)得到的所述混合浆料真空脱泡进行除泡；

4)步骤3)脱泡后的所述混合浆料经流延平铺在膜带上加热，放置晾干，然后从膜带上剥离得到氮化铝流延薄片；

5)叠层压片：将步骤4)得到的所述氮化铝流延薄片裁剪，然后叠层，进行温等静压，得到氮化铝生坯；

6)排胶：将步骤5)得到的所述氮化铝生坯的容器中通入氧气或空气氛中，加热，排除所述氮化铝生坯中的所述溶剂、所述分散剂、所述粘结剂、所述塑性剂和所述脱泡剂，得到氮化铝坯体；

7)烧结：将步骤6)得到的所述氮化铝坯体烧结，即得到氮化铝陶瓷。

上述的制备方法中，所述球磨使用的研磨球与所述固体粉末的质量比为1～4：1，具体可为3:1；