[发明专利]一种高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片的制备方法

说明书

本发明涉及一种高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片的制备方法，包括：（1）将氮化硅粉和硅粉中至少一种作为原始粉体、烧结助剂、分散剂、消泡剂、粘结剂和增塑剂在保护气氛中混合后，再经真空脱气，得到混合浆料；（2）在氮气气氛中进行流延成型和干燥，得到第一素坯；（3）将所得第一素坯进行整形预处理，得到第二素坯；（4）将所得第二素坯在微正压的氮气气氛中、500～900℃下进行脱粘，得到第三素坯；（5）将所得第三素坯置于氮气气氛中、1800～2000℃下进行气压烧结，得到所述高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片。

技术领域

本发明涉及一种高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片的制备方法，属于陶瓷材料制备领域。

背景技术

近年来，半导体器件沿着大功率化、高频化、集成化的方向迅猛发展。半导体器件工作产生的热量是引起半导体器件失效的关键因素，而绝缘基板的导热性是影响整体半导体器件散热的关键。此外，如在电动汽车、高铁等领域，半导体器件使用过程中往往要面临颠簸、震动等复杂的力学环境，这对所用材料的力学可靠性提出了严苛的要求。

高导热氮化硅(Si₃N₄)陶瓷具有优异的力学和热学性能，优良的力学性能和良好的高导热潜质使氮化硅陶瓷有望弥补现有氧化铝、氮化铝等基板材料的不足，在高端半导体器件、特别是大功率半导体器件应用方面极具市场前景。

目前，商业应用对氮化硅陶瓷基片的厚度要求集中在0.2～0.8mm左右，对于如此薄的样品，成型难度非常大。因此，基片的成型是实现其批量化及后续应用的核心技术。目前陶瓷基片的成型方法主要有流延成型、干压成型、轧膜成型等。其中，干压成型的基片因粉体流动的不均匀性和机械加压的工艺特性，往往存在难以直接制备出厚度0.5mm以下的陶瓷基片、厚度不能精确控制和厚度不均匀等难题，因此需要后续机械加工。轧膜成型工艺复杂，需要反复轧膜以消除工艺本身局限性带来的厚度不均匀和因原料结团带来的疙瘩料，导致制备的基片容易出现起泡和表面的凹凸不平，同样需要机械加工才能满足后续的覆铜工艺要求。相比之下，流延成型工艺的生产效率高、成本低，可实现全自动化，便于连续批量化生产，是陶瓷基片成型最有发展前景和潜力的工艺技术，但同样存在制备的流延膜容易起泡、开裂、变形、厚度不均匀等现象，导致成品率低下、平面度低、厚度不均匀、需要后续机械加工等难题。而陶瓷基片具有高平面度、厚度均匀、表面光滑等特性是其后续覆铜的工艺要求。

发明内容

为此，本发明提供了一种高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片的制备方法，包括：

(1)将氮化硅粉和硅粉中至少一种、烧结助剂、分散剂、消泡剂、粘结剂和增塑剂在保护气氛中混合后，再经真空脱气，得到混合浆料；

(2)在氮气气氛中流延成型和干燥，得到第一素坯；

(3)将所得第一素坯进行整形预处理，得到第二素坯；

(4)将所得第二素坯在微正压的氮气气氛中、500～900℃下进行脱粘，得到第三素坯；

(5)将所得第三素坯置于氮气气氛中，1800～2000℃下进行气压烧结，得到所述高热导、净尺寸氮化硅陶瓷基片。