本發(fā)明涉及一種氮化鋁陶瓷基片的制備方法，特別涉及一種添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法。
背景技術(shù)：
：氮化鋁是一種綜合性能優(yōu)良新型陶瓷材料，具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，可靠的電絕緣性，低的介電常數(shù)和介電損耗，無毒以及與硅相匹配的熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良特性，被認(rèn)為是新一代高集程度半導(dǎo)體基片和電子器件封裝的理想材料。氮化鋁基片可用于混合集成電路、半導(dǎo)體功率器件、電力電子器件、光電器件、半導(dǎo)體制冷堆、微波器件等領(lǐng)域，作為基板和封裝材料。氮化鋁基片克服了氧化鈹、氧化鋁基片由于線膨脹系數(shù)與Si不匹配而造成的基片與Si片之間的熱失配現(xiàn)象，這一優(yōu)點在組裝大尺寸芯片時十分重要。用氮化鋁基片取代熱導(dǎo)率高但有毒的氧化鈹基片已是進(jìn)來的發(fā)展趨勢。經(jīng)檢索，專利CN103819195B公開了一種添加三元復(fù)合燒結(jié)劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，其創(chuàng)新點在于：包括如下步驟：1）配料：將氮化鋁粉末和CaO-AL2O3-Y2O3三元復(fù)合燒結(jié)劑混合；2）球磨：向粉體中加入溶劑和分散劑，然后在球模室內(nèi)進(jìn)行球磨；3）混磨：加入粘結(jié)劑和增塑劑進(jìn)行二次球磨；4）真空除泡：向混磨后的漿料中加入除泡劑，然后放入真空室真空除泡；5）流延成型：用流延機(jī)對處理好的漿料進(jìn)行流延成型；6）排膠：將生坯置入空氣燒結(jié)爐中排出氮化鋁坯體中的有機(jī)物；7）燒結(jié)：控制燒結(jié)溫度為1500-1700℃。本發(fā)明通過在氮化鋁粉末中添加三元復(fù)合燒結(jié)劑，能夠得到熱導(dǎo)率高的氮化鋁陶瓷基片，不需要采用高溫?zé)Y(jié)，降低了能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本；但是該方法仍存在一定的缺點：1.本發(fā)明中使用的助燒劑在較低的燒結(jié)溫度下可獲得高的熱導(dǎo)率，降低能耗，但配方中，Y2O3熔點為2415℃，熔點相對較高，進(jìn)而一定程度上抑制了熱導(dǎo)率；2.本發(fā)明中采用流延一步成型，進(jìn)而生坯受力各向不能保證一致，進(jìn)而使得整體的性能不一。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，該制備方法，改變助燒劑的配方，該復(fù)合助燒劑能夠大大提高導(dǎo)熱效率，且進(jìn)一步地促進(jìn)氮化鋁陶瓷致密化；同時，在流延初步成型后，再加靜壓成型步驟，進(jìn)一步提高性能的一致性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，其創(chuàng)新點在于：所述制備方法包括如下步驟：（1）配制氮化鋁陶瓷粉體：在氮化鋁粉體中加入復(fù)合助燒劑，攪拌均勻即可得到氮化鋁陶瓷粉體，且氮化鋁粉體與復(fù)合助燒劑的質(zhì)量比為10～12:1；其中，所述復(fù)合助燒劑由堿金屬化合物、堿土金屬化合物和稀土金屬化合物組成，且堿金屬化合物、堿土金屬化合物和稀土金屬化合物的摩爾比為250:80-86:1000；所述堿金屬化合物為Li2O，堿土金屬化合物為MgO和CaO的混合物，且MgO和CaO的摩爾比為1:1.06；稀土金屬化合物為YF3；（2）球磨：向步驟（1）的氮化鋁陶瓷粉體中加入粉體重量35-42%的乙醇、正丙醇和丁酮的混合溶劑、粉體重量1.7-1.9﹪的分散劑、粉體重量0.9-1.1%的粘結(jié)劑和粉體重量0.4-0.6%的增塑劑，然后在球磨室內(nèi)進(jìn)行球磨，得到漿料，時間為20-40小時；（3）真空除泡：向球磨后的漿料中加入粉體重量0.6-1.2%的除泡劑，然后放入真空室真空除泡，真空度20～22英寸水銀柱,控制粘度在4000-6500cps；（4）流延初成型：用流延機(jī)對真空除泡后的漿料進(jìn)行流延成型，粘性漿料通過漿料刮刀，控制刮刀高度為0.4mm，流延帶速為0.1-0.3m/min，流延出的漿料膜經(jīng)過干燥從基板上剝落下來，干燥溫度為一區(qū)溫度為30-50℃，干燥二區(qū)溫度為60-80℃；（5）靜壓成型：將生坯片一層一層的放在承燒板上，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成型，等靜壓壓力為160～200MPa，保壓時間為8～20min；（6）排膠：靜壓成型后，將其放入空氣燒結(jié)爐中，以0.3～0.4℃/min的速度從室溫緩慢升溫到400℃，再以1～2℃/min的速度升溫至600℃，并在該溫度下保溫5小時，使氮化鋁坯體中的有機(jī)物充分排出；（7）燒結(jié)：排膠后的產(chǎn)品進(jìn)行微波燒結(jié)即可得到氮化鋁陶瓷基片，微波燒結(jié)處理中燒結(jié)溫度為1300℃至1450℃，保溫時間為20分鐘至40分鐘。進(jìn)一步地，所述步驟（1）中的復(fù)合助燒劑是由以下步驟制備成的：（1）混合：將摩爾比為1:1.06的MgO和CaO混合，并將其攪拌均勻，得到第一混合粉體；再將摩爾比為250:80-86:1000的Li2O、第一混合粉體和YF3進(jìn)行攪拌均勻，得到第二混合粉體；（2）濕磨：將第二混合粉體與酒精按體積比1∶1的比例投入球磨機(jī)，球磨時間為8～12小時，得到漿料；（3）烘干：將球磨后的漿料在烘干箱中烘干，烘干溫度控制在80～120℃范圍內(nèi)，烘干時間為16～24小時，得到粉狀物料；（4）燒結(jié)：將粉料壓制成塊，再將塊材置于燒結(jié)爐中在800～900℃溫度下燒結(jié)3.5～4.5小時；（5）破碎：將燒結(jié)后得到固體進(jìn)行破碎、篩分，制備出粒度均勻的復(fù)合助燒劑。本發(fā)明的優(yōu)點在于：（1）本發(fā)明添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，添加的復(fù)合助燒劑，其配方中稀土金屬化合物選用YF3，與Y2O3相比有著較低的熔點，在高溫下，液態(tài)的化合物在AIN顆粒之間流動與重新分布，使得其中的有充足的機(jī)會與AIN顆粒表面的氧，從而有效地降低了AIN顆粒表面的氧含量，減少了高溫下AIN晶格中氧缺陷的形成，進(jìn)而可使氮化鋁陶瓷基片有更高的熱導(dǎo)率；同時，堿土金屬化合物為MgO和CaO的混合物，MgO的作用與同族氧化物CaO作用類似，通過兩者的協(xié)同作用，更有益于燒結(jié)致密化；此外，在流延初步成型后，再采用靜壓成型，成型時，壓力控制在160～200MPa，用較大的成型壓力，保證生坯受力各向一致，進(jìn)而保證了氮化鋁陶瓷基片高導(dǎo)熱性能的一致性；且燒結(jié)溫度與傳統(tǒng)相比，有所降低，但制備出的氮化鋁陶瓷基片具有更高的導(dǎo)熱性，進(jìn)而降低了能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本。（2）本發(fā)明添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，其中，添加的復(fù)合助燒劑采用特定的工藝步驟制備成，使得制備出的復(fù)合助燒劑性能更佳。具體實施方式下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。本發(fā)明添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，該制備方法包括如下步驟：（1）配制氮化鋁陶瓷粉體：在氮化鋁粉體中加入復(fù)合助燒劑，攪拌均勻即可得到氮化鋁陶瓷粉體，且氮化鋁粉體與復(fù)合助燒劑的質(zhì)量比為10～12:1；其中，所述復(fù)合助燒劑由堿金屬化合物、堿土金屬化合物和稀土金屬化合物組成，且堿金屬化合物、堿土金屬化合物和稀土金屬化合物的摩爾比為250:80-86:1000；所述堿金屬化合物為Li2O，堿土金屬化合物為MgO和CaO的混合物，且MgO和CaO的摩爾比為1:1.06；稀土金屬化合物為YF3；（2）球磨：向步驟（1）的氮化鋁陶瓷粉體中加入粉體重量35-42%的乙醇、正丙醇和丁酮的混合溶劑、粉體重量1.7-1.9﹪的分散劑、粉體重量0.9-1.1%的粘結(jié)劑和粉體重量0.4-0.6%的增塑劑，然后在球磨室內(nèi)進(jìn)行球磨，得到漿料，時間為20-40小時；（3）真空除泡：向球磨后的漿料中加入粉體重量0.6-1.2%的除泡劑，然后放入真空室真空除泡，真空度20～22英寸水銀柱,控制粘度在4000-6500cps；（4）流延初成型：用流延機(jī)對真空除泡后的漿料進(jìn)行流延成型，粘性漿料通過漿料刮刀，控制刮刀高度為0.4mm，流延帶速為0.1-0.3m/min，流延出的漿料膜經(jīng)過干燥從基板上剝落下來，干燥溫度為一區(qū)溫度為30-50℃，干燥二區(qū)溫度為60-80℃；（5）靜壓成型：將生坯片一層一層的放在承燒板上，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成型，等靜壓壓力為160～200MPa，保壓時間為8～20min；（6）排膠：靜壓成型后，將其放入空氣燒結(jié)爐中，以0.3～0.4℃/min的速度從室溫緩慢升溫到400℃，再以1～2℃/min的速度升溫至600℃，并在該溫度下保溫5小時，使氮化鋁坯體中的有機(jī)物充分排出；（7）燒結(jié)：排膠后的產(chǎn)品進(jìn)行微波燒結(jié)即可得到氮化鋁陶瓷基片，微波燒結(jié)處理中燒結(jié)溫度為1300℃至1450℃，保溫時間為20分鐘至40分鐘。本發(fā)明中，步驟（1）中的復(fù)合助燒劑是由以下步驟制備成的：（1）混合：將摩爾比為1:1.06的MgO和CaO混合，并將其攪拌均勻，得到第一混合粉體；再將摩爾比為250:80-86:1000的Li2O、第一混合粉體和YF3進(jìn)行攪拌均勻，得到第二混合粉體；（2）濕磨：將第二混合粉體與酒精按體積比1∶1的比例投入球磨機(jī)，球磨時間為8～12小時，得到漿料；（3）烘干：將球磨后的漿料在烘干箱中烘干，烘干溫度控制在80～120℃范圍內(nèi)，烘干時間為16～24小時，得到粉狀物料；（4）燒結(jié)：將粉料壓制成塊，再將塊材置于燒結(jié)爐中在800～900℃溫度下燒結(jié)3.5～4.5小時；（5）破碎：將燒結(jié)后得到固體進(jìn)行破碎、篩分，制備出粒度均勻的復(fù)合助燒劑。經(jīng)過多次反應(yīng)條件的篩選，并考慮到反應(yīng)的效果和綠色化學(xué)的原則，作為優(yōu)選，實施例中復(fù)合助燒劑的制備步驟如下：（1）混合：將摩爾比為1:1.06的MgO和CaO混合，并將其攪拌均勻，得到第一混合粉體；再將摩爾比為250:80-86:1000的Li2O、第一混合粉體和YF3進(jìn)行攪拌均勻，得到第二混合粉體；（2）濕磨：將第二混合粉體與酒精按體積比1∶1的比例投入球磨機(jī)，球磨時間為10小時，得到漿料；（3）烘干：將球磨后的漿料在烘干箱中烘干，烘干溫度控制在100℃，烘干時間為20小時，得到粉狀物料；（4）燒結(jié)：將粉料壓制成塊，再將塊材置于燒結(jié)爐中在850℃溫度下燒結(jié)4小時；（5）破碎：將燒結(jié)后得到固體進(jìn)行破碎、篩分，制備出粒度均勻的復(fù)合助燒劑。實施例1本實施例添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，該制備方法包括如下步驟：（1）配制氮化鋁陶瓷粉體：在氮化鋁粉體中加入Li2O-MgO-CaO-YF3復(fù)合助燒劑，攪拌均勻即可得到氮化鋁陶瓷粉體，且氮化鋁粉體與復(fù)合助燒劑的質(zhì)量比為10:1；；（2）球磨：向步驟（1）的氮化鋁陶瓷粉體中加入粉體重量35%的乙醇、正丙醇和丁酮的混合溶劑、粉體重量1.7﹪的分散劑、粉體重量0.9%的粘結(jié)劑和粉體重量0.4%的增塑劑，然后在球磨室內(nèi)進(jìn)行球磨，得到漿料，時間為40小時；（3）真空除泡：向球磨后的漿料中加入粉體重量0.6%的除泡劑，然后放入真空室真空除泡，真空度20英寸水銀柱,控制粘度在6500cps；（4）流延初成型：用流延機(jī)對真空除泡后的漿料進(jìn)行流延成型，粘性漿料通過漿料刮刀，控制刮刀高度為0.4mm，流延帶速為0.1m/min，流延出的漿料膜經(jīng)過干燥從基板上剝落下來，干燥溫度為一區(qū)溫度為50℃，干燥二區(qū)溫度為80℃；（5）靜壓成型：將生坯片一層一層的放在承燒板上，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成型，等靜壓壓力為160MPa，保壓時間為20min；（6）排膠：靜壓成型后，將其放入空氣燒結(jié)爐中，以0.3℃/min的速度從室溫緩慢升溫到400℃，再以1℃/min的速度升溫至600℃，并在該溫度下保溫5小時，使氮化鋁坯體中的有機(jī)物充分排出；（7）燒結(jié)：排膠后的產(chǎn)品進(jìn)行微波燒結(jié)即可得到氮化鋁陶瓷基片，微波燒結(jié)處理中燒結(jié)溫度為1300℃，保溫時間為40分鐘。實施例2本實施例添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，該制備方法包括如下步驟：（1）配制氮化鋁陶瓷粉體：在氮化鋁粉體中加入Li2O-MgO-CaO-YF3復(fù)合助燒劑，攪拌均勻即可得到氮化鋁陶瓷粉體，且氮化鋁粉體與復(fù)合助燒劑的質(zhì)量比為12:1；；（2）球磨：向步驟（1）的氮化鋁陶瓷粉體中加入粉體重量42%的乙醇、正丙醇和丁酮的混合溶劑、粉體重量1.9﹪的分散劑、粉體重量1.1%的粘結(jié)劑和粉體重量0.6%的增塑劑，然后在球磨室內(nèi)進(jìn)行球磨，得到漿料，時間為20小時；（3）真空除泡：向球磨后的漿料中加入粉體重量1.2%的除泡劑，然后放入真空室真空除泡，真空度22英寸水銀柱,控制粘度在4000cps；（4）流延初成型：用流延機(jī)對真空除泡后的漿料進(jìn)行流延成型，粘性漿料通過漿料刮刀，控制刮刀高度為0.4mm，流延帶速為0.3m/min，流延出的漿料膜經(jīng)過干燥從基板上剝落下來，干燥溫度為一區(qū)溫度為30℃，干燥二區(qū)溫度為60℃；（5）靜壓成型：將生坯片一層一層的放在承燒板上，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成型，等靜壓壓力為200MPa，保壓時間為8min；（6）排膠：靜壓成型后，將其放入空氣燒結(jié)爐中，以0.4℃/min的速度從室溫緩慢升溫到400℃，再以2℃/min的速度升溫至600℃，并在該溫度下保溫5小時，使氮化鋁坯體中的有機(jī)物充分排出；（7）燒結(jié)：排膠后的產(chǎn)品進(jìn)行微波燒結(jié)即可得到氮化鋁陶瓷基片，微波燒結(jié)處理中燒結(jié)溫度為1450℃，保溫時間為20分鐘。實施例3本實施例添加復(fù)合助燒劑制備高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片的方法，該制備方法包括如下步驟：（1）配制氮化鋁陶瓷粉體：在氮化鋁粉體中加入Li2O-MgO-CaO-YF3復(fù)合助燒劑，攪拌均勻即可得到氮化鋁陶瓷粉體，且氮化鋁粉體與復(fù)合助燒劑的質(zhì)量比為11:1；；（2）球磨：向步驟（1）的氮化鋁陶瓷粉體中加入粉體重量38.5%的乙醇、正丙醇和丁酮的混合溶劑、粉體重量1.8﹪的分散劑、粉體重量1.0%的粘結(jié)劑和粉體重量0.5%的增塑劑，然后在球磨室內(nèi)進(jìn)行球磨，得到漿料，時間為30小時；（3）真空除泡：向球磨后的漿料中加入粉體重量0.9%的除泡劑，然后放入真空室真空除泡，真空度21英寸水銀柱,控制粘度在5250cps；（4）流延初成型：用流延機(jī)對真空除泡后的漿料進(jìn)行流延成型，粘性漿料通過漿料刮刀，控制刮刀高度為0.4mm，流延帶速為0.2m/min，流延出的漿料膜經(jīng)過干燥從基板上剝落下來，干燥溫度為一區(qū)溫度為40℃，干燥二區(qū)溫度為70℃；（5）靜壓成型：將生坯片一層一層的放在承燒板上，放入冷等靜壓機(jī)中壓制成型，等靜壓壓力為180MPa，保壓時間為14min；（6）排膠：靜壓成型后，將其放入空氣燒結(jié)爐中，以0.35℃/min的速度從室溫緩慢升溫到400℃，再以1.5℃/min的速度升溫至600℃，并在該溫度下保溫5小時，使氮化鋁坯體中的有機(jī)物充分排出；（7）燒結(jié)：排膠后的產(chǎn)品進(jìn)行微波燒結(jié)即可得到氮化鋁陶瓷基片，微波燒結(jié)處理中燒結(jié)溫度為1375℃，保溫時間為30分鐘。將上述實施例1-3制備得的高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基片進(jìn)行性能檢測，其檢測結(jié)果如下：實施例1實施例2實施例3體積密度（g/cm3）3.293.283.31導(dǎo)電率（W/m·k）180182183由上表可以看出，通過本發(fā)明的復(fù)合助燒劑，可在低溫下制備出更高熱導(dǎo)率的陶瓷基片，同時，從體積密度看，其致密性也大大提高了。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征以及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。當(dāng)前第1頁1 2 3