一种用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂的制作方法

文档序号:11100296

本发明涉及一种助烧剂,具体涉及一种用于生产氮化铝陶瓷基片

的复合助烧剂。



背景技术:

现代科学技术的发展对材料的要求日益提高, 随着电子器件和电子装置中元器件的复杂性和密集性日益提高,对作为集成电路重要支柱的陶瓷基片提出了更高的要求,要求其具备良好的导热性能。长期以来,绝大多数大功率混合集成电路的基板材料一直延用Al2O3和BeO陶瓷。但是Al2O3陶瓷的热导率低,热膨胀系数与Si不太匹配;BeO陶瓷虽然具有优良的综合性能,但其较高的生产成本和含有剧毒等缺点严重制约了它的应用推广。因此,从性能、成本和环境等方面逐渐反映出二者已不能完全满足现代电子功率器件发展的需要。

氮化铝陶瓷具有高的热导率、低的介电常熟,与Si相匹配的热膨胀系数、良好的绝缘性、热化学稳定性好、无毒等优点成为高密度集成电路基板材料的最佳选择。然而氮化铝陶瓷属于共价化合物,自扩散系数很小,难于烧结致密,且杂质等各种缺陷的存在对其热导率亦有很大的损害。

纯净的氮化铝粉末在通常的烧结温度下很难烧结致密,致密度不高的材料很难具有高的热导率。通常采用以下三条途径获得致密、高性能的氮化铝陶瓷:1)使用超细粉;2)热压或热等静压烧结;3)引入烧结助剂。第一条途径受粉体影响比较大,商业氮化铝粉通常无法满足要求,而且超细粉容易氧化、团聚;第二条途径只能烧结形状简单的氮化铝陶瓷材料,且能耗大;在工业上易于实现,且有可能获得低成本高性能的氮化铝陶瓷材料。

经检索专利CN 104829238 A公开了一种用于生产制备高导热陶

瓷基片的三元复合助烧剂,该三元复合助烧剂由Al2O3、Y2O3和CaO组成,其摩尔比为255:1000:84。本发明通过采用Al2O3、Y2O3和CaO三元复合助烧剂,在较低的烧结温度下获得高的热导率,降低能耗,减少了生产成本,提高了生产效率;但这种三元复合助剂仍存在一定的缺陷:配方中,Y2O3熔点为2415℃,熔点相对较高,进而一定程度上抑制了热导率。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种能够用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,该复合助烧剂能够大大提高导热效率,且进一步地促进氮化铝陶瓷致密化。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,其创新点在于:所述复合助烧剂由碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物组成,且碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物的摩尔比为250:80-86:1000;其中,所述碱金属化合物为Li2O,碱土金属化合物为MgO和CaO的混合物,稀土金属化合物为YF3

进一步地,所述MgO和CaO的摩尔比为1:1.06。

本发明的优点在于:

(1)本发明用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,配方中稀土金属化合物选用YF3,与Y2O3相比有着较低的熔点,在高温下,液态的化合物在AIN颗粒之间流动与重新分布,使得其中的有充足的机会与AIN颗粒表面的氧,从而有效地降低了AIN颗粒表面的氧含量,减少了高温下AIN晶格中氧缺陷的形成,进而可使氮化铝陶瓷基片有更高的热导率;同时,碱土金属化合物为MgO和CaO的混合物,MgO的作用与同族氧化物CaO作用类似,通过两者的协同作用,更有益于烧结致密化。

(2)本发明用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,其中,MgO和CaO的摩尔比为1:1.06,该比例下的混合物,能够发挥出其最大的致密化作用。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

一种用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,该复合助烧剂由碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物组成,且碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物的摩尔比为250:80-86:1000;其中,所述碱金属化合物为Li2O,碱土金属化合物为MgO和CaO的混合物,且MgO和CaO的摩尔比为1:1.06;稀土金属化合物为YF3。烧结温度为1380℃,保温时间3小时,得到氮化铝陶瓷基片的导电率为180W/m·k,体积密度为3.28g/cm3

实施例2

一种用于生产氮化铝陶瓷基片的复合助烧剂,该复合助烧剂由碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物组成,且碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土金属化合物的摩尔比为250:80-86:1000;其中,所述碱金属化合物为Li2O,碱土金属化合物为MgO和CaO的混合物,且MgO和CaO的摩尔比为1:1.06;稀土金属化合物为YF3。烧结温度为1420℃,保温时间3小时,得到氮化铝陶瓷基片的导电率为183W/m·k,体积密度为3.31g/cm3

对比例1

一种用于生产制备高导热陶瓷基片的三元复合助烧剂的组成为 Al2O3、Y2O3和CaO,其摩尔比为255:1000:84。烧结温度为1580℃,保温时间3小时,得到的导电率为170W/m·k,体积密度为2.92g/cm3

对比例2

一种用于生产制备高导热陶瓷基片的三元复合助烧剂的组成为 Al2O3、Y2O3和CaO,其摩尔比为255:1000:84。烧结温度为1620℃,保温时间3小时,得到的导电率为173W/m·k,体积密度为2.98g/cm3

由于上述实施例和对比例可以看出,通过本发明的复合助烧剂,可在低温下制备出更高热导率的陶瓷基片,同时,从体积密度看,其致密性也大大提高了。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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