专利名称：一种AlN陶瓷基板的制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种AlN陶瓷基板的制造方法。 (ニ)
背景技术：
随着大功率模块电路集成度的提高以及大功率LED的发展，对所用绝缘基板材料提出了更高的要求，氮化铝陶瓷材料由于具有较高的热导率，已经用于各种大功率电子元件的绝缘基板材料。目前，已经实现商业化的氮化铝陶瓷基板的制备エ艺采用流延法(刮刀法)成型所需厚度的坯片，再经液相烧结得到高热导的致密陶瓷体专利号 ZL 200410016144. 2、专利号 ZL 20480034414. 0、申请号 200680021803. 9、申请号 200810224311. 0。该方法有两个缺陷一直困扰着氮化铝陶瓷基板的大批量生产，ー个缺陷是由于液相在陶瓷烧结过程中会发生迁移乔梁等，AlN陶瓷低温烧结中的液相迁移，材料工程，2000,10，7-10 ；傅仁利等，氮化铝陶瓷低温烧结过程中的液相迁移与表层晶粒生长， 中国有色金属学报，2004，11，1828-1832，从而导致烧结过程中基片表面与中心液相含量存在较大差别，这种差别造成陶瓷基板表面层与中心致密化不均勻，因此产生翘曲变形，影响基板的表面平整度和尺寸精确度；另ー个缺陷是由于液相迁移到表面，使得基片之间发生粘连，为了避免基片之间粘结，往往采用敷隔离粉的方法，然而，隔离粉的粒度选择是一个难题，粒度太大，则容易造成基片翘曲，粒度太小，又容易淹没于基片表面的液相中从而与基片烧结到一起，同吋，烧结后需要増加去粉エ艺，烧结前的敷粉与烧结后的去粉程序都使氮化铝基板的生产效率大幅度下降。本发明申请人基于对氮化铝陶瓷液相烧结机制的研究及长期进行氮化铝陶瓷基板生产制造经验，提出ー种新的制备方法，可以有效地解决表面与中心液相分布不均勻的问题。
发明内容
本发明的目的是提供ー种不用敷隔离粉烧结制备AlN陶瓷基板的方法。本发明采用的技术方案是ー种AlN陶瓷基板的制造方法为先用流延成型方法分别制备基板主体生坯片材和表层生坯片材，再将表层生坯片材贴在基板主体生坯片材的上下两个表面，然后压成一个完整的坯体，经排胶和烧结后，得到所述的AlN陶瓷基板。进一歩，本发明所述的基板主体生坯为A生坯，所述的表层生坯为B生坯；所述的A生坯由含有氮化铝粉体的坯料制成，所述坯料中还添加有质量百分数为氮化铝粉体的 5 8%的稀土氧化物类添加剤；所述的B生坯由含有氮化铝粉体的坯料制成，所述坯料中还添加有质量百分数为氮化铝粉体的0. 5 2%的稀土氧化物类添加剤。再进一歩，本发明所述的AlN陶瓷基板的制造方法推荐按如下方法进行将A生坯与B生坯冲压成相同面积的方片，再将两片B生坯的底面分别贴在一片A生坯上下表面，经 8 12MPa压カ和70 90°C的温度下压成ー个完整的坯体，再将所述的坯体在600 650°C 温度下排胶2 4h，再放入以氢气/氮气混合气为保护气、温度为1790 1890°C的钨真空电阻炉中无压烧结2 他，即可制得氮化铝陶瓷基板，所述的氢气氮气流速比为1 1。更进一歩，本发明推荐A生坯厚度为0. 2 0. 7mm,B生坯厚度为0. 08 0. 12mm。本发明推荐A生坯由如下质量份的原料经流延成型至0. 2 0. 7mm厚度的片材
氮化铝粉体A100份
稀土氧化物类添加剂A 5-8份无水乙醇/丁醇混合物溶剂A 20~50份
分散剂鱼油A 1~3份粘结剂聚乙烯醇缩丁醛A 0.5~2份
增塑剂邻苯ニ曱酸ニ丁酯A 4-8份
所述的无水乙醇/丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1 1 2 所述的B生坯由如下质量份的原料流延至0. 08 0. 12mm厚度的片材制成
氮化铝粉体B 100份稀土氧化物类添加剂B 0.5- 2份无水乙醇/丁醇混合物B 20-50份分散剂鱼油B 1~3份粘结剂聚乙烯醇缩丁醛B 0.5~2份
增塑剂邻苯ニ曱酸ニ丁酯B 4-8份；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂B中无水乙醇与丁醇体积比为1 1 2本发明所述的A生坯按如下方法制备在组方量氮化铝粉体A中，加入稀土氧化物类添加剤A、组方量的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A、组方量分散剂鱼油A —起在球磨装置中预先混合12 Mh，优选Mh，再加入组方量粘结剂聚乙烯醇缩丁醛A、组方量的增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯A —起再混合12 Mh，最优选12h，然后进行真空除泡处理2 乩，得到粘度为18000 21000cps，最优选19000cps的流延浆料，在流延成型机上流延至0. 2 0. 7mm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的A生坯，所述的无水乙醇与丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1 1 2。本发明所述的B生坯按如下方法制备在组方量的氮化铝粉体B中，加入组方量的稀土氧化物类添加剤B后，无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂B、分散剂鱼油B —起在球磨装置中预先混合12 Mh，再加入组方量的粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯ー 起再混合12 Mh，然后进行真空除泡处理4 他，得到粘度为24000 沈OOOcps的流延浆料，在流延成型机上流延至0. 08 0. 12mm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的B生坯；所述
5的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂中无水乙与丁醇体积比为1 1 2。本发明中B生坯的厚度优选为0. 1mm。优选的，所述的稀土氧化物类添加剤A或稀土氧化物类添加剤B均为Y203。进一歩，本发明优选所述稀土氧化物类添加剤A或稀土氧化物类添加剤B的粒径分布为0. 5 3. 0 μ m，稀土氧化物类添加剤B优选的质量份为0. 8 1份。本发明所述的AlN陶瓷基板的制造方法，推荐按如下方法制备将A生坯与生坯B 生坯冲压成相同规格的方片，再将两片B生坯的底面分别贴在一片A生坯上下表面，经8 12MPa压カ和70 90°C的温度下压成ー个完整的坯体，再将所述的坯体在600 650°C温度下进行排胶2 4h，即可得到排胶后的层压生坯；再将层压生坯放入以氢气/氮气混合气为保护气、温度为1790 1890°C的钨真空电阻炉进行无压烧结2 他，即可制得氮化铝陶瓷基板，所述的氢气氮气流速比为1 1。具体的，所述的AlN陶瓷基板按如下方法制备(1)制备A生坯在组方量氮化铝粉体A中，加入稀土氧化物类添加剂A、组方量的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A、组方量分散剂鱼油A —起在球磨装置中预先混合Mh， 再加入组方量粘结剂聚乙烯醇缩丁醛Α、组方量的增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯A—起再混合 12h，然后进行真空除泡处理证，得到粘度为19000cps的流延浆料，在流延成型机上流延至 0. 6mm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的A生坯，所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1 2;所述的A生坯质量组分如下
氮化铝粉体A100份
稀土氧化物类添加剂A 6份无水乙醇/丁醇混合物溶剂A 43份
分散剂鱼油A 2份粘结剂聚乙烯醇缩丁醛A 1份
增塑剂邻苯ニ曱酸ニ丁酯A 5份所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1:2;(2)制备B生坯在组方量的氮化铝粉体B中，加入组方量的稀土氧化物类添加剤B后，无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂B、分散剂鱼油B —起在球磨装置中预先混合Mh，再加入组方量的粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯一起再混合12h，然后进行真空除泡处理，得到粘度为25000cps的流延浆料，在流延成型机上流延至0. Imm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的B生坯；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂中无水乙/ 丁醇体积比为1:2;所述的B生坯质量组分如下氮化铝粉体B 100份稀土氧化物类添加剂B 1份无水乙醇/丁醇混合物B 43份分散剂鱼油B 1.5份粘结剂聚乙烯醇缩丁醛B 1份
增塑剂邻苯ニ曱酸ニ丁酯B 5份；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂B中无水乙醇与丁醇体积比为1:2;(3)层压生坯制备将A生坯、与生坯B生坯冲压成长宽为90mm的方片，再将两片 B生坯的底面分别贴在一片A生坯上下表面，经IOMPa压カ和85°C的温度下压成ー个完整的坯体，再将所述的坯体在600°C温度下进行排胶，即可得到层压生坯；(4)再将层压生坯放入以氢气/氮气混合气为保护气、温度为1850°C的钨真空电阻炉进行无压烧结4h，即可制的氮化铝陶瓷基板，所述的氢气氮气流速比为1 1。本发明采用常规的稀土氧化物(如も03)做添加剤，要求も03粉体的粒度分布为 0. 5 3 μ m，对超过该尺度的商业Y2O3粉，采用球磨或气流粉碎方法将其粉碎至该尺寸范围。本发明A生坯与B生坯组方中的氮化铝粉体、稀土氧化物类添加剤、无水乙醇/ 丁醇混合物、分散剂鱼油、粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯这些物质都是相同的，为了描述的方便，这里用A、B来区别他们分别属于A生坯或B生坯的组方。本发明的有益效果是通过基板的主体部分和表层部分分別引入不同比例稀土氧化物类的添加剤，再经层压成ー个整体，然后进行烧结，能够改善中心部分和表面层的液相分布，获得既具有高的热导率，又避免相邻基板发生粘连的产品，从而省去垫粉过程、提高生产效率，降低生产成本。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一歩描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1 10 B生坯厚度为0. Imm时不同添加剂含量对烧结结果的影响A生坯质量组分如下实施例1 10中A生坯配方中稀土氧化物类添加剤A的量
不同，其它均相同。具体如下氮化铝粉体IOOOg
稀土氧化物类添加剂A为Y2O3 (实施例1~10依次为) 50g、 50g、 50g、 50g、 60g、 60g、 70g、 70g、 80g、 80g。 无水乙醇/丁醇混合物溶剂A 430g 分散剂鱼油 20g
粘结剂聚乙烯醇缩丁醛 IOg
增塑剂邻苯ニ甲酸ニ 丁酯 5 0 g所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1:2。B生坯质量组分如下实施例1 10中B生坯配方中稀土氧化物类添加剤B的量
不同，其它均相同。具体如下
氮化铝粉体 IOOOg
稀土氧化物类添加剂B为Y2O3 (实施例1~10依次为)5g、10g、 15g、 20g 、 5g 、 20g 、 5g 、 20g 、 5g 、 20g 。
无水乙醇/丁醇混合物B 430g 分散剂鱼油 15g 粘结剂聚乙烯醇缩丁醛 IOg
增塑剂邻苯ニ甲酸ニ 丁酯 50g; 所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂B中无水乙醇与丁醇体积比为1 2。(1)制备基板主体A生坯按照A生坯配方，将氮化铝粉体和不同质量的Y2O3添加齐U，无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂、分散剂鱼油一起在球磨装置中预先混合Mh，然后再加入粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯一起再混合12h，然后进行真空除泡处理证，得到粘度为19000cps的流延浆料，在流延成型机上流延至0. 6mm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的A生坯；2)制备表面层B生坯按照B生坯配方，将氮化铝粉体和不同质量的Y2O3添加剤， 与无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂、分散剂鱼油一起在球磨装置中预先混合Mh，然后再加入粘结剂聚乙烯醇缩丁醛、增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯一起再混合12h，然后进行真空除泡处理 7h,得到粘度为25000cps的流延浆料，在流延成型机上流延至0. Imm的厚度，得到氮化铝陶瓷基板的B生坯；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂体积比为1:2;(3)层压生坯的制备将步骤(1)得到的A生坯、步骤( 得到的B生坯冲压成相同的90 X 90mm方片，再将两片B生坯的底面贴在A生坯上下表面，经IOMpa压カ和85°C的温度下压成ー个完整的坯体，再将所述的坯体在600°C温度下进行排胶2h，得到排胶后的层压生坯； (4)氮化铝陶瓷基板的制备将步骤C3)得到的层压生坯放入以氢气/氮气混合为保护气、温度为1850°C的钨真空电阻炉进行无压烧结4h。真空炉中通氢气氮气混合气， 两者流速为1 1。用hot disk热导仪測量所获得的基板的热导率，结果见表1 ；
权利要求
1.ー种AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于所述的方法为先用流延成型方法分別制备基板主体生坯片材和表层生坯片材，再将表层生坯片材贴在基板主体生坯片材的上下两个表面，然后压成ー个完整的坯体，经排胶和烧结后，得到所述的AlN陶瓷基板。
2.如权利要求1所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于所述的基板主体生坯片材为A生坯，所述的表层生坯片材为B生坯；所述的A生坯由含有氮化铝粉体的坯料制成，所述坯料中还添加有质量百分数为氮化铝粉体的5% -8%的稀土氧化物类添加剤；所述的B生坯由含有氮化铝粉体的坯料制成，所述坯料中还添加有质量百分数为氮化铝粉体的0. 5% -2%的稀土氧化物类添加剤。
3.如权利要求2所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于所述的AlN陶瓷基板按如下方法制备将A生坯与B生坯冲压成相同形状面积的方片，再将两片B生坯的底面分別贴在一片A生坯上下表面，经8 12MPa压カ和70 90°C的温度下压成ー个完整的坯体， 再将所述的坯体在600 650°C温度下排胶2-4h，再放入以氢气/氮气混合气为保护气、温度为1790 1890°C的钨真空电阻炉中无压烧结2-他，即可制得氮化铝陶瓷基板，所述的氢气氮气流速比为1 1。
4.如权利要求2所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于A生坯厚度为0.2 0. 7mm, B生坯厚度为0. 08 0. 12_。
5.如权利要求2所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于A生坯由如下质量份的原料制成氮化铝粉体A100份；稀土氧化物类添加剤A 5 8份；无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A 20 50份；分散剂鱼油A 1 3份；粘结剂聚乙烯醇缩丁醛A 0. 5 2份；增塑剂邻苯ニ甲酸ニ丁酯A 4 8份；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物溶剂A中无水乙醇与丁醇体积比为1 :1 2。
6.如权利要求2所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于所述的B生坯由如下质量份的原料制成氮化铝粉体B 100份稀土氧化物类添加剂B 0.5- 2份无水乙醇/丁醇混合物B 20-50份分散剂鱼油B 1~3份粘结剂聚乙烯醇缩丁醛B 0.5~2份增塑剂邻苯ニ曱酸ニ丁酯B 4-8份；所述的无水乙醇/ 丁醇混合物B中无水乙醇与丁醇体积比为1 1 2。
7.如权利要求2所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于在于所述稀土氧化物类添加剂A或稀土氧化物类添加剤B为=Y2O3，其粒径分布为0. 5-3 μ m。
8.如权利要求2或6所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于B生坯中稀土氧化物添加剂B的含量为0. 8% -1 %。
9.如权利要求4所述的AlN陶瓷基板的制造方法，其特征在于所述的B生坯的厚度为 0. Imm0
全文摘要
本发明涉及一种AlN陶瓷基板的制备方法，所述的方法为先用流延成型方法分别制备基板主体生坯片材和表层生坯片材，再将表层生坯片材贴在基板主体生坯片材的上下两个表面，然后压成一个完整的坯体，经排胶和烧结后，得到所述的AlN陶瓷基板，本发明所提供的方法的有益效果是改善了中心部分和表面层的液相分布，热导率高，避免相邻基板发生粘连，提高生产效率，降低生产成本。
文档编号C04B35/581GK102557646SQ20111043739
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者乔梁, 姜力强, 应耀, 杨大胜, 车声雷, 郑精武 申请人:信诚华清(厦门)电子科技有限公司, 浙江工业大学