[发明专利]一种氮化硅基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氮化硅基复合材料及其制备方法，具体的，氮化硅粉体和氮化硼先驱体的混合粉体在通入氨气的高温炉中得到纳米级氮化硼改性的氮化硅粉体；将纳米级氮化硼改性的氮化硅粉体与烧结助剂在无水乙醇中球磨混合，干燥过筛后烧结，得到致密的氮化硅基复合材料；将所获得致密氮化硅基复合材料在氮气保护气氛炉中进行高温长时间热处理，得到高热导率、高抗弯强度及高韧性的氮化硅基复合材料，满足大功率电子器件的封装材料及高超音速飞行器透波窗口材料的性能要求。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别涉及一种氮化硅基复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着半导体工业与微电子技术的发展，集成电路的集成度不断提高，集成电路芯片的功耗大幅度提升。由于电子器件在工作的同时有很大一部分能量转化成热量输出，且功率越大，所需要散发的热量越多，如果热量不及时散发出去，热量聚集引起结温上升就会导致器件的输出功率减小，器件寿命缩短。目前，大功率器件的散热问题成为了限制电力电子技术向更高功率发展的主要瓶颈。由于封装基板在器件散热过程中起着关键的作用，开发出高性能散热基板材料，成为提升大功率器件工作效率与使用寿命的重要途径之一。

目前用于大功率器件封装的基板材料主要是导热能力优异的铝和铜等金属材料。然而由于铝、铜等金属材料的导电性，在用于器件的封装前必须要进行表面绝缘处理，而这层绝缘膜的热阻较大，不利于热量向外散发，而且封装工艺也很复杂。另一方面，铝和铜的热膨胀系数与电子芯片的热膨胀系数并不匹配，导致器件在使用过程中，因温度升高造成芯片从金属基板表面脱落，影响大功率器件的使用寿命与工作可靠性。具有高导热系数、与半导体芯片相匹配的热膨胀系数以及高绝缘性能的陶瓷基封装材料，成为大功率器件封装的理想选择。

氮化硅陶瓷由于具有力学性能高、理论上热导率高、介电常数小、介电损耗低、线性膨胀系数与硅接近、无毒、环境友好、良好的耐热和抗热震性能及化学稳定性高等特性，作为高性能散热基板材料具有很大的潜力，然而，采用常规制备工艺获得的氮化硅基复合材料具有较低的热导率，远小于氮化硅最高理论的热导率(450W/m·K)，通过高温长时间热处理可获得热导率大于100W/m·K的氮化硅，但其力学性能较低，难以满足高性能封装基板材料的性能要求。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种氮化硅基复合材料，所述氮化硅基复合材料同时具有高力学性能(高强度及高断裂韧性)和高热导率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氮化硅基复合材料，所述氮化硅基复合材料为陶瓷材料，所述氮化硅基复合材料包含氮化硅和均匀分散在其中的纳米级氮化硼。

进一步的，所述氮化硅的晶型为β型，所述氮化硼的晶型为h型。

相对于现有技术，本发明所述的氮化硅基复合材料具有以下优势：

本发明所述的氮化硅基复合材料通过在氮化硅中均匀分布纳米级氮化硼，实现同时具有高力学性能(高强度及高断裂韧性)和高热导率，满足大功率电子器件的封装材料及高超音速飞行器透波窗口材料的性能要求。

本发明的另一目的在于提出一种氮化硅基复合材料的制备方法，以获得同时具有高力学性能(高强度及高断裂韧性)和高热导率的氮化硅基复合材料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氮化硅基复合材料的制备方法，包含以下步骤：

步骤S1：将氮化硅粉体原料与无水乙醇混合形成均匀的浆料；

步骤S2：将氮化硼先驱体溶于去离子水中形成水溶液；

以上步骤S1和步骤S2的顺序可以互换；