[发明专利]一种氮化铝陶瓷粉体、其制备方法和封装基板

说明书

本发明提供了一种氮化铝陶瓷粉体、其制备方法和封装基板。该氮化铝陶瓷粉体在20～70GHz范围内的介电常数为7.8～9.0。基于上述介电性能，该氮化铝陶瓷粉体可以用于5G通讯消费电子芯片封装陶瓷基板或玻璃陶瓷共烧基板。

技术领域

本发明涉及氮化铝陶瓷粉体制备领域，具体而言，涉及一种氮化铝陶瓷粉体、其制备方法和封装基板。

背景技术

氮化铝陶瓷具备高的热导率，良好的电绝缘性，以及低的介电损耗，是一种非常理想的基板材料及电子器件封装材料。氮化铝粉体的性能对基板材料的性能有着重要的影响，随着微电子技术的快速发展，微波器件及毫米波器件被广泛应用，高性能的氮化铝成为当今研究的热点之一。碳热还原法是目前应用最多的制备方法，通常将铝源和碳源均匀混合，然后置于氮气气氛中加热发生反应得到氮化铝粉体。在氮化反应阶段，铝源、碳源的前驱体与氮气的充分反应尤为重要，在铝源、碳源反应的过程中，其界面的状态直接对材料的性能、烧结成型及其介电性能有重要的影响。

目前铝源与碳源的混合多采用球磨混合的工艺，纳米混合物在干燥过程中，极易产生团聚、偏析、甚至板结现象，对氮化反应造成不利影响，该粉体在进行烧结后应用时，一般介电损耗较大，难以满足毫米波频段对材料的要求。经研究前驱体的状态直接对氮化铝的介电性能产生较大的影响，因此，合理控制前驱体的状态，对于改善氮化铝介电性能尤为重要。公开号为CN 108793102A的中国专利申请公开了一种氮化铝的制备工艺，其利用喷雾干燥设备进行干燥，由于巨大的离心力，极易破坏铝源和碳源的均匀状态，产生成分偏析，对氮化反应产生不利影响。公开号为CN 109346678 A的中国专利申请公开了一种鼓风干燥和真空干燥的工艺，该工艺可以在一定程度上减少浆料前驱体在干燥过程中的团聚，但是该工艺利用的高温低压干燥工艺，压力降低后，溶剂表面张力增大，也会对前驱体的性能产生一定影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化铝陶瓷粉体、其制备方法和封装基板，以解决现有技术中的氮化铝陶瓷粉体的介电性能不能满足5G要求的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种氮化铝陶瓷粉体，氮化铝陶瓷粉体在20～70GHz范围内的介电常数为7.8～9.0。

进一步地，上述氮化铝陶瓷粉体在20～70GHz范围内的介电损耗角正切为0.002～0.008。

根据本发明的另一方面，提供了一种氮化铝陶瓷粉体的制备方法，包括：步骤S1，将铝源、碳源和溶剂湿法球磨混合形成湿混物；步骤S2，将湿混物在高压流体气氛中干燥，得到前驱体；步骤S3，将前驱体氮化，得到含有氮化铝和过量碳源的半成品；以及步骤S4，对半成品进行除碳处理，得到氮化铝陶瓷粉体。

进一步地，上述步骤S2包括：将湿混物置于干燥室中，对湿混物加热的同时向干燥室内通入气体以使干燥室升压，气体为惰性气体或氮气，气体出口在湿混物上方；将湿混物加热至预定温度，当干燥室内压力大于预定压力时泄压以维持干燥室内压力在预定压力；当停止通入气体后，密闭的干燥室内压力不再上升表示干燥完成，得到前驱体。

进一步地，上述预定压力为1.0～4.0MPa，优选为1.2～2.0MPa，预定温度为100～250℃，优选为150～200℃。

进一步地，上述气体的流速为5～100L/min，优选为15～20L/min。

进一步地，在步骤S2进行过程中，对湿混物进行搅拌，优选搅拌速度为20rpm～200rpm。

进一步地，上述溶剂为水或有机溶剂，优选有机溶剂为乙醇、乙二醇或丙醇。

进一步地，上述步骤S3包括：将前驱体在氮化气氛中在1400～1600℃下反应2～10h，得到半成品，优选氮化气氛为氮气、或氮气和氢气的混合气体、或氮气和氨气的混合气体。