制作氮化硅陶瓷电路基板的生产工艺的制作方法

文档序号:11100276阅读:1417来源:国知局

本发明涉及电子元器件制备领域,详细地讲是一种制作氮化硅陶瓷电路基板的生产工艺。



背景技术:

众所周知,氮化铝基片(DPC)主要是基于氧化铝陶瓷基板发展起来的陶瓷表面金属化技术。氮化铝基片与氧化铝基片相比具有更高的导热特性,同时DPC基板具有铜箔的高导电特性,两者结合制备的A1N-DPC基板具有优良的电绝缘性能,高热导率,较高的附着强度,低介电常数、低介电损耗、耐高温、抗冷热冲击能力等特性,是一种重要的电子线路基片材料,被广泛应用于大功率电力电子模块,如大功率DC/DC电源模块、固态继电器和功率模块用封装外壳中等领域。由于氮化硅的机械强度比其它陶瓷高,所以氮化硅陶瓷基板能够帮助设计者在严苛的工作环境以及 HEV/EV 和其它可再生能源应用条件下实现至关重要的长寿命。

氮化硅陶瓷电路基板的特点:采用氮化硅制成的陶瓷基板的挠曲强度比采用Al2O3和 AlN 制成的基板高。Si3N4的断裂韧性甚至超过了氧化锆掺杂陶瓷Si3N4陶瓷基板,主要应用于电机动力系统中的电子元件上,陶瓷基板的可靠性一直受制于陶瓷较低的挠曲强度,而后者会降低热循环能力。对于那些整合了极端热和机械应力的应用(例如混合动力汽车和电动汽车 (HEV/EV) 而言,目前常用的氧化铝陶瓷基板和氮化铝陶瓷基板不是最佳选择,氮化铝陶瓷基板售价高,使用寿命短;氧化铝陶瓷基板售价低,但是寿命更短,可靠性能不好。基板(陶瓷)和导体(铜)的热膨胀系数存在很大差异,会在热循环期间对键合区产生压力,进而降低可靠性。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明提出一种制作氮化硅陶瓷电路基板的生产工艺,能够适用于不同厚度的氮化硅陶瓷基板的生产,有利于降低陶瓷基板的生产成本,在陶瓷基板生产领域具有广泛的应用价值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种制作氮化硅陶瓷电路基板的生产工艺,其特征在于包括以下几个步骤:

1)在氮化硅粉体中按比例加入烧结助剂,搅拌均匀得到粉体;

2)在得到的粉体中按比例加入有机溶剂后,经研磨混料,制成混合均匀的浆料;

所述浆料pH值为9-10,在行星球磨机中,混磨22h后出料,将其在-0.09Pa条件下真空搅拌除气约1h,得到固体积含量56%-58%、流速小于30s、8h内不发生沉降的水基陶瓷料浆;

3)将所述水基陶瓷料浆通过喷凝制成陶瓷坯带,并烘干成固体坯带,将坯带裁制成坯片;

4)将坯片送入烧结炉内烧结、冷却后得到氮化硅陶瓷基板生坯;

5)研磨抛光:将所得氮化硅陶瓷基板生坯置于球磨机中进行0.5微米的氮化硅干粉研磨和抛光,方法如下:

a.粗磨:所用粗磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度10—80um,金刚石颗粒圆度为0.4—0.7;

b.精磨:所用精磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为1—10um,金刚石颗粒圆度为0.7—0.8;

c.抛光磨:所用抛光磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为0.01--1um,金刚石颗粒圆度为0.80—0.85;

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂与研磨基质的质量比例为1:1—1:6,所述基质为水。

氮化硅陶瓷电路基板的原料按照质量百分比计,由如下组分组成,氮化硅粉体的含量为75%-90%,烧结助剂的含量为3%-5%,有机溶剂的含量为7%-20%;

所述的氮化硅粉体的纯度在99%以上,平均粒径为0.4-0.6mm;

所述的烧结助剂为氧化钇、氧化钛、氮化钛、氧化铝中的一种或几种;

所述的有机溶剂按质量百分比计,由如下组分组成:聚乙烯10%-15%,聚乙烯缩丁醛15%-18%,润滑剂1%-5%,丙烯酰胺2.5%-10%,热塑性弹性体O-10%,增塑剂1%-3%,余量为悬浮剂。

所述的悬浮剂以有机溶剂的总质量计算,JA-281分散剂10%-13%,N1N1-亚甲基双丙烯酰胺悬浮剂1.25%-5%,去离子水12%-60%。

所述的增塑剂为丙三醇或乙二醇。

所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂按质量百分比计,其组成都为:金刚石颗粒25%,分散剂74%,氧化铈0.5%,三聚磷酸钠0.5%。

所述的分散剂为柠檬酸铵。

本发明的有益效果是,能够适用于不同厚度的氮化硅陶瓷基板的生产,有利于降低陶瓷基板的生产成本,在陶瓷基板生产领域具有广泛的应用价值。成型生产效率高,且易于实现生产的连续化和自动化,可改善产品质量,实现大批量生产。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例一:

1)在氮化硅粉体中按比例加入烧结助剂,搅拌均匀得到粉体。

2)在得到的粉体中按比例加入有机溶剂后,经研磨混料,制成混合均匀的浆料。所述浆料pH值为9,在行星球磨机中,混磨22h后出料,将其在-0.09Pa条件下真空搅拌除气约1h,得到固体积含量56%、流速小于30s、8h内不发生沉降的水基陶瓷料浆。

3)将所述水基陶瓷料浆通过喷凝制成陶瓷坯带,并烘干成固体坯带,将坯带裁制成坯片。

4)将坯片送入烧结炉内烧结、冷却后得到氮化硅陶瓷基板生坯。

5)研磨抛光:将所得氮化硅陶瓷基板生坯置于球磨机中进行0.5微米的氮化硅干粉研磨和抛光,方法如下:

a.粗磨:所用粗磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度10um,金刚石颗粒圆度为0.4;

b.精磨:所用精磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为1um,金刚石颗粒圆度为0.7;

c.抛光磨:所用抛光磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为0.01um,金刚石颗粒圆度为0.80。

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂与研磨基质的质量比例为1:1,所述基质为水。

氮化硅陶瓷电路基板的原料按照质量百分比计,由如下组分组成,氮化硅粉体的含量为75%%,烧结助剂的含量为5%,有机溶剂的含量为20%。

所述的氮化硅粉体的纯度在99%以上,平均粒径为0.4mm,所述的烧结助剂为氧化钇、氧化钛,所述的有机溶剂按质量百分比计,由如下组分组成:聚乙烯10%,聚乙烯缩丁醛15%,润滑剂1%,丙烯酰胺2.5%,增塑剂1%,余量为悬浮剂。

所述的悬浮剂以有机溶剂的总质量计算,JA-281分散剂10%,N1N1-亚甲基双丙烯酰胺悬浮剂1.5%,去离子水59%,所述的增塑剂为丙三醇。

所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂按质量百分比计,其组成都为:金刚石颗粒25%,分散剂74%,氧化铈0.5%,三聚磷酸钠0.5%,所述的分散剂为柠檬酸铵。

实施例二:

1)在氮化硅粉体中按比例加入烧结助剂,搅拌均匀得到粉体。

2)在得到的粉体中按比例加入有机溶剂后,经研磨混料,制成混合均匀的浆料。所述浆料pH值为10,在行星球磨机中,混磨22h后出料,将其在-0.09Pa条件下真空搅拌除气约1h,得到固体积含量58%、流速小于30s、8h内不发生沉降的水基陶瓷料浆。

3)将所述水基陶瓷料浆通过喷凝制成陶瓷坯带,并烘干成固体坯带,将坯带裁制成坯片。

4)将坯片送入烧结炉内烧结、冷却后得到氮化硅陶瓷基板生坯。

5)研磨抛光:将所得氮化硅陶瓷基板生坯置于球磨机中进行0.5微米的氮化硅干粉研磨和抛光,方法如下:

a.粗磨:所用粗磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度80um,金刚石颗粒圆度为0.7;

b.精磨:所用精磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为10um,金刚石颗粒圆度为0.8;

c.抛光磨:所用抛光磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为1um,金刚石颗粒圆度为0.85。

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂与研磨基质的质量比例为1:6,所述基质为水。

氮化硅陶瓷电路基板的原料按照质量百分比计,由如下组分组成,氮化硅粉体的含量为90%,烧结助剂的含量为3%,有机溶剂的含量为7%。

所述的氮化硅粉体的纯度在99%以上,平均粒径为0.4mm,所述的烧结助剂为氧化钇、氮化钛、氧化铝,所述的有机溶剂按质量百分比计,由如下组分组成:聚乙烯15%,聚乙烯缩丁醛18%,润滑剂5%,丙烯酰胺10%,热塑性弹性体10%,增塑剂3%,余量为悬浮剂。

所述的悬浮剂以有机溶剂的总质量计算,JA-281分散剂13%,N1N1-亚甲基双丙烯酰胺悬浮剂5%,去离子水21%,所述的增塑剂为乙二醇。

所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂按质量百分比计,其组成都为:金刚石颗粒25%,分散剂74%,氧化铈0.5%,三聚磷酸钠0.5%,所述的分散剂为柠檬酸铵。

实施例三:

1)在氮化硅粉体中按比例加入烧结助剂,搅拌均匀得到粉体。

2)在得到的粉体中按比例加入有机溶剂后,经研磨混料,制成混合均匀的浆料。所述浆料pH值为9,在行星球磨机中,混磨22h后出料,将其在-0.09Pa条件下真空搅拌除气约1h,得到固体积含量57%、流速小于30s、8h内不发生沉降的水基陶瓷料浆。

3)将所述水基陶瓷料浆通过喷凝制成陶瓷坯带,并烘干成固体坯带,将坯带裁制成坯片。

4)将坯片送入烧结炉内烧结、冷却后得到氮化硅陶瓷基板生坯。

5)研磨抛光:将所得氮化硅陶瓷基板生坯置于球磨机中进行0.5微米的氮化硅干粉研磨和抛光,方法如下:

a.粗磨:所用粗磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度60um,金刚石颗粒圆度为0.5;

b.精磨:所用精磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为7um,金刚石颗粒圆度为0.7;

c.抛光磨:所用抛光磨研磨剂中,金刚石颗粒的粒度为0.5um,金刚石颗粒圆度为0.82。

所述粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂与研磨基质的质量比例为1:4,所述基质为水。

氮化硅陶瓷电路基板的原料按照质量百分比计,由如下组分组成,氮化硅粉体的含量为80%,烧结助剂的含量为4%,有机溶剂的含量为16%。

所述的氮化硅粉体的纯度在99%以上,平均粒径为0.5mm,所述的烧结助剂为氮化钛,所述的有机溶剂按质量百分比计,由如下组分组成:聚乙烯12%,聚乙烯缩丁醛17%,润滑剂2%,丙烯酰胺5%,热塑性弹性体8%,增塑剂2%,余量为悬浮剂。

所述的悬浮剂以有机溶剂的总质量计算,JA-281分散剂12%,N1N1-亚甲基双丙烯酰胺悬浮剂4%,去离子水38%,所述的增塑剂为丙三醇。

所述的粗磨研磨剂、精磨研磨剂和抛光磨研磨剂按质量百分比计,其组成都为:金刚石颗粒25%,分散剂74%,氧化铈0.5%,三聚磷酸钠0.5%,所述的分散剂为柠檬酸铵。

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