技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鋁陶瓷基板的制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種不易變形的大尺寸氮化鋁陶瓷基板的制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著大規(guī)模集成電路、大功率模塊和LED的發(fā)展，對所用絕緣基板材料提出了更高的要求，為了進一步提高封裝效率、降低成本、擴大適用面，希望在傳統(tǒng)4英寸基板的基礎(chǔ)上制備出更大尺寸的氮化鋁陶瓷基板，比如6英寸、8英寸、甚至10英寸等。為了獲得高的熱導率，氮化鋁陶瓷往往采用1800℃以上的高溫液相燒結(jié)，高溫液相燒結(jié)會導致氮化鋁陶瓷在燒結(jié)過程中產(chǎn)生較大的變形，尤其在采用流延成型制備較薄的基板材料時，這一缺陷更為明顯，因此，氮化鋁陶瓷基板在制備中往往采用后期打磨的工藝來消除部分的表面不平整現(xiàn)象。在制備大尺寸氮化鋁陶瓷基板時，由于其變形更容易發(fā)生，因此，對爐膛工作區(qū)尺寸、溫度均勻性等均提出了更高的要求。本發(fā)明申請者基于對氮化鋁陶瓷液相燒結(jié)的理解，認為制備大尺寸氮化鋁陶瓷基板的關(guān)鍵是控制其燒結(jié)的液相，即在保證液相傳質(zhì)的情況下，盡可能降低液相在高溫下的形成過程及液相的數(shù)量，同時增加成型體的密度，這樣可以最大可能地減少成型體在燒結(jié)過程中的變形，從而獲得表面平整的大尺寸氮化鋁陶瓷基板。技術(shù)實現(xiàn)要素：因此，針對以上內(nèi)容，本發(fā)明提供一種8～10英寸、不易變形的大尺寸氮化鋁陶瓷基板的制備方法，通過采用控制液相和增加成型體密度來減少大尺寸陶瓷基板的變形。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種不易變形的大尺寸氮化鋁陶瓷基板的制備方法，包括Y3Al5O12助燒結(jié)添加劑的制備、流延漿料的制備、流延生坯的制備及陶瓷基片的制備，所述Y3Al5O12助燒結(jié)添加劑由Al2O3粉和Y2O3粉經(jīng)高溫煅燒制成，所述煅燒溫度為1760～1850℃，所述流延漿料的制備過程中添加有CaF2輔助添加劑，所述CaF2輔助添加劑的用量為氮化鋁粉體重量的0.1～0.5％，所述流延生坯的制備過程中采用流延成型與等靜壓成型相結(jié)合獲得高密度的生坯，所述陶瓷基片的制備采用高溫燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1860～1930℃，燒結(jié)時間為1～4h；所述流延生坯的制備過程為：將流延漿料經(jīng)流延成型機，流延得到厚度在0.2～0.5mm之間的流延坯體，然后在等靜壓機上經(jīng)8～12MPa壓力和70～90℃的溫度下經(jīng)等靜壓工藝疊壓成0.6～1.0mm厚的坯體，將所述坯體在600℃排膠2h，得到氮化鋁流延生坯。進一步的改進是：所述Y3Al5O12助燒結(jié)添加劑的用量為氮化鋁粉體重量的3～5％。進一步的改進是：所述Al2O3粉和Y2O3粉的重量比為1：1.4。進一步的改進是：所述陶瓷基片的制備過程中采用氫氣氮氣混合氣氛保護，所述氫氣氮氣的流速比為1：2～1：1。本發(fā)明的技術(shù)原理為：首先利用Al2O3粉和Y2O3粉合成Y3Al5O12(簡稱YAG)助燒結(jié)添加劑，由于Al2O3和Y2O3的共晶反應溫度在1800℃附近，因此，將嚴格化學配比的Al2O3微細粉體與Y2O3粉體通過球磨均勻混合，然后在1760～1850℃之間進行化合反應，生成YAG粉末。為了保證Al2O3完全反應完，在配比時Y2O3過量5wt％，然后將生成的YAG球磨粉碎至尺寸在3μm以下，制成燒結(jié)添加劑。本發(fā)明采用常規(guī)的流延成型工藝來獲得氮化鋁陶瓷基板生坯，將商業(yè)氮化鋁粉體，與前面制得的YAG燒結(jié)添加劑和少量的CaF2添加劑、溶劑、分散劑一起在球磨裝置中預先混合24h，然后再加入各種流延成型所用的有機助劑如增塑劑、粘結(jié)劑，經(jīng)混合、脫泡獲得合適粘度的流延漿料，在流延成型機上流延至所需的厚度，得到氮化鋁陶瓷基板的流延坯體。再將流延坯體經(jīng)600℃排膠，獲得流延生坯。經(jīng)8～12MPa壓力和70～90℃的溫度下經(jīng)等靜壓壓成一個完整的坯體。其中，燒結(jié)添加劑采用3～5wt％的YAG粉體及0.1～0.5wt％的CaF2。YAG添加劑主要用于在高溫下產(chǎn)生液相促進燒結(jié)，由于缺少常規(guī)燒結(jié)過程中Al2O3和Y2O3的低溫共晶反應，因此，添加少量的CaF2來促進YAG形成液相。該添加劑體系由于減少了燒結(jié)過程中共晶反應的發(fā)生，因此，也減少了液相形成同時陶瓷基板收縮最大而導致的變形。本發(fā)明提供的制備方法還包括，在燒結(jié)過程中嚴格控制氣氛，燒結(jié)所用的氣氛為氫氣、氮氣混合氣體，其中氫氣、氮氣流量比例為1:2～1:1。燒結(jié)采用傳統(tǒng)的高溫真空電阻爐，燒結(jié)溫度在1860～1930℃之間。通過采用前述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：傳統(tǒng)氮化鋁液相燒結(jié)是利用燒結(jié)過程中Y2O3和Al2O3的共晶反應生成液相，而生成液相的同時，也是氮化鋁收縮最快的時候，因此，大尺寸陶瓷基板往往容易產(chǎn)生變形，本發(fā)明預先合成Y3Al5O12化合物，并通過輔助添加劑CaF2來使其在1850℃以上的高溫緩慢熔化變?yōu)橐合?，從而在促進燒結(jié)完成的同時減少陶瓷基板的變形；另外，采用流延成型與等靜壓成型相結(jié)合的粉體成型工藝來提高氮化鋁流延生坯的密度，來進一步減少坯體在燒結(jié)過程中的收縮，從而有助于獲得大尺寸高導熱氮化鋁陶瓷基板。具體實施方式以下將結(jié)合具體實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。若未特別指明，實施例中所采用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所采用的試劑和產(chǎn)品也均為可商業(yè)獲得的。所用試劑的來源、商品名以及有必要列出其組成成分者，均在首次出現(xiàn)時標明。本發(fā)明的實施方式為：一種不易變形的大尺寸氮化鋁陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：(1)制備YAG助燒結(jié)添加劑：按照Al/Y＝5:3(摩爾比)的比例計算生成YAG需要的Al2O3和Y2O3的重量，然后將Y2O3過量5wt％，以保證Al2O3完全反應。然后，稱取商業(yè)化Al2O3微細粉體與商業(yè)化Y2O3粉體，并通過球磨混合均勻，放入高溫燒結(jié)爐中，于1760-1850℃之間進行固相反應，生成YAG粉末。然后將生成的YAG球磨粉碎至1～3μm，制成燒結(jié)添加劑；(2)流延漿料的配制：將100重量份商業(yè)氮化鋁粉體(德山曹達)、3-5重量份的YAG助燒結(jié)添加劑和0.1-0.5重量份的CaF2(輔助燒結(jié)添加劑)，與23重量份的溶劑(無水乙醇/丁醇混合物)、2.0重量份的分散劑(魚油)一起球磨混合24h，然后與20重量份的溶劑(無水乙醇/丁醇混合物)、10重量份的粘結(jié)劑(聚乙烯醇縮丁醛)、5重量份的增塑劑(鄰苯二甲酸二丁酯)一起再混合12h，再經(jīng)過真空除泡處理5h，得到粘度為20000cps附近的流延漿料；(3)流延生坯的制備：將流延漿料經(jīng)流延成型機，流延得到厚度在0.2-0.5mm之間的流延坯體。然后在等靜壓機上經(jīng)8～12MPa壓力和70～90℃的溫度下經(jīng)等靜壓工藝疊壓成0.6-1.0mm厚的坯體。將該坯體在600℃排膠2h，得到氮化鋁流延生坯；(4)陶瓷基片的制備：將氮化鋁流延生坯放入高溫鎢真空電阻爐，在1860-1930℃之間進行無壓燒結(jié)，燒結(jié)采用氫氣氮氣混合氣氛保護，氫氣氮氣流速比在1:1-1:2之間。實施例1～16：一種不易變形的大尺寸氮化鋁陶瓷基板的制備方法，包括以下步驟：(1)分別稱取509.8g的Al2O3粉和711.4g的Y2O3粉，然后加入427.4g無水乙醇進行球磨混合2h，烘干后放入高溫燒結(jié)爐，在1760℃、1790℃、1820℃、1850℃分別煅燒4h，得到Y(jié)AG粉體(分別以A，B，C，D標記)。然后將該粉體球磨72h，得到尺寸1～3μm的微細粉體，作為助燒結(jié)添加劑備用。(2)分別將1000g氮化鋁粉體(商業(yè)氮化鋁粉，日本德山曹達公司)，與所制得的YAG添加劑和CaF2輔助添加劑(兩者的用量如表1所示)、230g無水乙醇/丁醇、20g魚油一起球磨混合24h，然后加入200g無水乙醇/丁醇、100g聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、50g鄰苯二甲酸二丁酯，再一起混合12h，將漿料進行真空除泡處理5h，得到粘度在20000cps附近的流延漿料。其中無水乙醇/丁醇的比例為1:2。將該漿料經(jīng)流延成型機，流延得到厚度在0.6mm的流延坯體，然后沖壓成247×247mm，厚0.5mm的方片。在等靜壓機上經(jīng)10MPa壓力和90℃的溫度，等靜壓疊壓成0.96mm厚的坯體。將成型的方片在排膠爐中緩慢升溫至600℃并保溫2h，以充分排除其中的有機物，得到氮化鋁流延生坯。將排膠后的生坯放入高溫鎢真空電阻爐，分別在1860℃、1890℃、1930℃進行無壓燒結(jié)，燒結(jié)時間為1～4h，得到8英寸的方形基板。燒結(jié)采用氫氣氮氣混合氣氛保護，氫氣氮氣流速比為1:2。得到的陶瓷基板用hotdisk熱導率測試儀測量其熱導率。所得到的氮化鋁陶瓷基板的性能如表2所示。表1YAG添加劑CaF2(g)實施例1A:303實施例2A:403實施例3A:503實施例4B:303實施例5B:403實施例6B:503實施例7C:303實施例8C:403實施例9C:503實施例10D:303實施例11D:403實施例12D:503實施例13B:301實施例14B:305實施例15B:501實施例16B:505表2實施例17按照實施例15的工藝，將生坯沖壓成302×302mm的薄板，然后經(jīng)1860℃燒結(jié)4h，得到10英寸，厚1mm的氮化鋁陶瓷基板，經(jīng)測量其收縮率為15.6％，密度為3.35g/cm3，熱導率為179W/m·K，性能與8英寸基板基本一致?？梢钥闯?，由于控制液相及高溫燒結(jié)，所獲得的基板雖然收縮率處于15-16％之間，因此，基板變形較小，但密度達到常規(guī)液相燒結(jié)的水平，熱導率數(shù)值超過170W/m·K，因此，該方法適合于制備8～10英寸的大尺寸陶瓷基板。以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創(chuàng)作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。當前第1頁1 2 3