專利名稱：一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法
一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料領(lǐng)域，具體地涉及一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法。
背景技術(shù)：
超材料一般由多個超材料功能板層疊或按其他規(guī)律陣列組合而成，超材料功能板包括介質(zhì)基板以及陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有超材料的介質(zhì)基板為均一材質(zhì)的有機或無機基板，如FR4、TPl等等。陣列在介質(zhì)基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)具有特定的電磁特性,能對電場或磁場產(chǎn)生電磁響應(yīng),通過對人造微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律進行精確設(shè)計和控制，可以使超材料呈現(xiàn)出各種一般材料所不具有的電磁特性，如能匯聚、發(fā)散和偏折電磁波等。氮化鋁是一種原子晶體，屬類金剛石氮化物，最高可穩(wěn)定到220(TC。室溫強度高，且強度隨溫度的升高下降較慢，導熱性好，熱膨脹系數(shù)小，是良好的耐熱沖擊材料?？谷廴诮饘偾治g的能力強，是熔鑄純鐵、鋁或鋁合金理想的坩堝材料。氮化鋁是電絕緣體，介電性能良好。氮化鋁陶瓷基片，熱導率高，膨脹系數(shù)低，強度高，耐高溫，耐化學腐蝕，電阻率高，介電損耗小，是理想的大規(guī)模集成電路散熱基板和封裝材料，也可用作防腐蝕涂層，如腐蝕性物質(zhì)的容器和處理器的里襯等，氮化鋁陶瓷還具有優(yōu)良的耐磨耗性能，可以用作研磨材料和耐磨損零件。與其它陶瓷材料制備工藝相同，氮化鋁陶瓷的制備包括粉體的合成、成形、燒結(jié)3個工藝過程。致密的氮化鋁陶瓷介電常數(shù)和熱導率較高，多孔氮化鋁陶瓷介電常數(shù)較低，介電損耗較小。流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料，在流延機上制得所需厚度薄膜的一種成型方法，具有以下優(yōu)點:1、可制備單相或復相陶瓷薄片材料；2、缺陷尺寸??；3、產(chǎn)品成分起伏小，性能穩(wěn)定；4、生產(chǎn)效率高，可連續(xù)操作；5、均可大、小 批量生產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)；6、適于成型大型薄板陶瓷或金屬部件，這類部件幾乎不可能或很難通過壓制或擠制成型，而通過流延成型制造各種尺寸和形狀的坯體則十分容易，而且可以保證坯體質(zhì)量。流延成型法由于具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、坯體性能均一等特點，已成為制備大面積、超薄陶瓷基片的重要方法，被廣泛應(yīng)用在電子工業(yè)、能源工業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)實際需要，對超材料介質(zhì)基板要求ε較小、σ較小，有時要求ε較大、σ較小，因此加工一種介電常數(shù)可控、具有較高的熱導率和較低的介電損耗、生產(chǎn)工藝簡單的超材料介質(zhì)基板勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法，此加工方法工藝簡單，加工介質(zhì)基板的介電常數(shù)可控，基板的熱導率較高，介電損耗較低，利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，擁有良好的開發(fā)與應(yīng)用前景。本發(fā)明的實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，首先提供一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法，包括以下步驟:101.制備致密氮化鋁陶瓷原材，將氮化鋁粉體、溶劑、除泡劑、分散劑和增塑劑混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，并將生瓷帶放入惰性氣氛中高溫燒結(jié)，得到致密氮化鋁陶瓷原材。102.制備多孔氮化鋁陶瓷原材，將氮化鋁粉體、中空陶瓷微球、溶劑、除泡劑、分散劑和增塑劑混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，并將生瓷帶放入惰性氣氛中高溫燒結(jié)，得到多孔氮化鋁陶瓷原材。103.將上述兩種陶瓷原材燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板。作為具體實施方式
，所述步驟101和步驟102中，所述氮化鋁粉體的純度> 99%。作為具體實施方式
，所述步驟101中，所述燒結(jié)的溫度控制在1600-1700°C，燒結(jié)的時間控制在4-8h。作為具體實施方式
，所述步驟102中，所述中空陶瓷微球的粒徑控制在I μ m-5mm。作為具體實施方式
，所述步驟102中，所述加入中空陶瓷微球燒結(jié)的溫度控制在500-1000°C，燒結(jié)的時間控制在0.5-5h。作為具體實施方式
，所述步驟102中，所述燒結(jié)的溫度控制在1600-1800°C，所述燒結(jié)的時間控制在4-8h。作為具體實施方式
， 所述步驟101和步驟102中，所述溶劑為乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯和正丁醇中的一種或幾種。作為具體實施方式
，所述步驟101和步驟102中，所述分散劑為磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鯡魚油中的一種或幾種。作為具體實施方式
，所述步驟101和步驟102中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二辛酯、丁.芐苯二甲酸酯和乙基草酸酯。一種超材料介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板由致密氮化鋁陶瓷原材和多孔氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)而成。通過應(yīng)用本發(fā)明的超材料介質(zhì)基板材料及其加工方法，按照不同的配比將致密氮化鋁陶瓷與多孔氮化鋁陶瓷進行混合燒結(jié)，可以得到所需介電常數(shù)的基板材料。氮化鋁粉末燒結(jié)成的氮化鋁陶瓷材料的熱導率較高，介電損耗小，利用流延成型工藝制備氮化鋁陶瓷材料對燒結(jié)溫度的要求也比較低，易于實現(xiàn)，因此上述加工方法對于超材料的封裝工藝
發(fā)展具有重要意義。

圖1，超材料介質(zhì)基板的加工方法流程圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明用高純度的氮化鋁粉體燒結(jié)成致密氮化鋁陶瓷和多孔氮化鋁陶瓷，通過配比的變化將兩種陶瓷燒結(jié)成所需介電常數(shù)的介質(zhì)基板，此加工方法簡便易行，制成的介質(zhì)基板熱導率高，介電損耗低，具有較好的發(fā)展前景。實施例1
圖1為超材料介質(zhì)基板的加工方法流程圖，根據(jù)圖1，可以通過以下步驟加工超材料的介質(zhì)基板，101.制備致密氮化鋁陶瓷原材，將5.1g純度為99 %的氮化鋁粉體、乙醇/甲苯、除泡劑、三油酸甘油酯和鄰苯二甲酸混合，將混合小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，將生瓷帶排膠后在氮氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600°C，燒結(jié)時間5.5h，得到致密氮化鋁陶瓷原材。102.制備多孔氮化鋁陶瓷原材，將7.6g純度為99%的氮化鋁粉體、中空陶瓷微球、乙醇/甲苯、除泡劑、三油酸甘油酯和鄰苯二甲酸混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，將生瓷帶在氮氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600°C，燒結(jié)時間4h，得到多孔氮化鋁陶瓷原材。在具體實施過程中，中空陶瓷微球可采用例如但不限于3M公司G-3500微球。103.將致密氮化鋁陶瓷原材與多孔氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)成超材料介質(zhì)基板。在具體實施過程中，乙醇/甲苯為溶劑，三油酸甘油酯為分散劑。在具體實施過程中，在流延成型時，為了調(diào)節(jié)漿料性質(zhì)，提高流延膜的質(zhì)量，加入除泡劑、分散劑及增塑劑等添加劑。在具體實施過程中，中空陶瓷微球經(jīng)高溫燒結(jié)后即形成空隙，因此中空陶瓷微球的粒徑大小決定制成的多孔氮化鋁陶瓷原材的孔徑大小。實施例2101.制備致密氮化鋁陶瓷原材，將7.4g純度為99%的氮化鋁粉體、乙醇/甲苯、除泡劑、三油酸甘油酯和鄰苯二甲酸混合，將混合小顆粒調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，將生瓷帶排膠后在氮氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1650°C，燒結(jié)時間5h，得到致密氮化鋁陶瓷原材。在具體實施過程中，中空陶瓷微球可采用例如但不限于3M公司G-3500微球。102.制備多孔氮化鋁陶瓷原材，將5.3g純度為99%的氮化鋁粉體、中空陶瓷微球、乙醇/甲苯、除泡劑、三油酸甘油酯和鄰苯二甲酸混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，將生瓷帶在氮氣氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1600°C，燒結(jié)時間4h，得到多孔氮化鋁陶瓷原材。103.將致密氮化鋁陶瓷原材與多孔氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)成超材料介質(zhì)基板。上述實施例制備超材料介質(zhì)基板的方法簡單，易于實現(xiàn)。將致密氮化硅陶瓷原材與多孔氮化硅陶瓷原材燒結(jié)成基板，綜合了兩種陶瓷的優(yōu)點，制成基板的介電常數(shù)可控，熱導率高，介電損耗低，具有良好的發(fā)展前景。本發(fā)明中的上述實施例僅作了示范性描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，包括以下步驟，備致密氮化鋁陶瓷原材，將氮化鋁粉體、溶劑、除泡劑、分散劑和增塑劑混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，并將生瓷帶放入惰性氣氛中高溫燒結(jié)，得到致密氮化鋁陶瓷原材；備多孔氮化鋁陶瓷原材，將氮化鋁粉體、中空陶瓷微球、溶劑、除泡劑、分散劑和增塑劑混合，調(diào)制成液態(tài)泥膏狀的流延漿料，利用流延成型工藝制成氮化鋁生瓷帶，并將生瓷帶放入惰性氣氛中高溫燒結(jié)，得到多孔氮化鋁陶瓷原材；上述兩種陶瓷原材燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101和步驟102中，所述氮化鋁粉體的純度> 99%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101中，所述燒結(jié)的溫度控制在1600-1700°C，燒結(jié)的時間控制在4-8h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟102中，所述中空陶瓷微球的粒徑控制在I μ m-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟102中，所述加入中空陶瓷微球燒結(jié)的溫度控制在500-1000°C，燒結(jié)的時間控制在0.5-5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟102中，所述燒結(jié)的溫度控制在1600-1800°C，所述燒結(jié)的時間控制在4-8h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101和步驟102中，所述溶劑為乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯和正丁醇中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101和步驟102中，所述分散劑為磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯和鯡魚油中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超材料介質(zhì)基板的加工方法，其特征在于，所述步驟101和步驟102中，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯、聚乙二醇、鄰苯二甲酸二辛酯、丁 芐苯二甲酸酯和乙基草酸酯。
10.一種超材料介質(zhì)基板，其特征在于，所述介質(zhì)基板由致密氮化鋁陶瓷原材和多孔氮化鋁陶瓷原材燒結(jié)而成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超材料介質(zhì)基板及其加工方法，包括以下步驟，101.制備致密氮化鋁陶瓷原材；102.制備多孔氮化鋁陶瓷原材；103.將上述兩種陶瓷原材燒結(jié)成超材料的介質(zhì)基板。應(yīng)用本發(fā)明的制備方法，將致密氮化鋁陶瓷原材與多孔氮化鋁陶瓷原材共同燒結(jié)成超材料介質(zhì)基板，綜合了兩種陶瓷的特點，致密氮化鋁陶瓷的介電常數(shù)和熱導率較高，多孔氮化鋁陶瓷的介電常數(shù)和介電損耗較低，將上述兩種陶瓷燒結(jié)成介質(zhì)基板的介電常數(shù)是可控的，且具有較高的熱導率、較低的介電損耗。此加工方法簡單易行，造價低廉，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C04B38/00GK103094694SQ20111033552
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 繆錫根, 安娜·瑪麗亞·勞拉·博卡內(nèi)格拉, 黃新政, 林云燕 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司