氮化铝陶瓷流延浆料、陶瓷基板及其制备方法和应用

文档序号:9720435
氮化铝陶瓷流延浆料、陶瓷基板及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及陶瓷材料领域,主要涉及陶瓷基板制备技术领域,具体涉及氮化铝陶瓷流延浆料、陶瓷基板及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]氮化铝陶瓷具有优良的绝缘性、导热性、耐高温性、耐腐蚀性以及与硅的热膨胀系数相匹配等优点,成为新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率LED照明器件的理想散热和封装材料。
[0003]目前,制备氮化铝陶瓷基片的主要方法是流延成型,且大多数为有机溶剂流延成型。流延成型技术由Glenn N.Howatt首次提出并成功地将其应用于微波介质陶瓷多层电容器的制备。流延成型技术设备简单,可连续性操作,基本上实现自动化,生产效率较高,而其制备膜片的成本较低,较适合工业化生产,在普通的流延机上进行流延成型制备出厚度10μm?1mm的薄片。

【发明内容】

[0004]本发明解决的技术问题是:尽管经过几十年的发展,流延成型技术已经应用于工业生产,但在氮化铝陶瓷基板制备方面仍存在很多问题。目前,在工业化生产中,有机溶剂流延成型采用的是具有一定毒性的有机溶剂,如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等毒性较大的溶剂,对环境的污染较为严重,且严重危害身体健康。后来,由于混合溶剂的表面张力与相对介电常数等综合性能优于单一组分,浆料的黏度明显偏低,并且有效地增加粘结剂的溶解度,避免了干燥过程中流延薄片的开裂,许多研究者都采用醇类溶剂和苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等作为混合溶剂,但仍存在环境污染和危害。
[0005]本发明的目的是:提供一种适于氮化铝陶瓷基片工业化生产的流延浆料、陶瓷基板及其成型方法,解决了传统流延成型技术存在的问题,减少环境污染,降低生产成本,形成了一种成膜快、干燥快、有机物含量低、坯体结构均匀和性能好的流延技术制备氮化铝陶瓷基片的方法,有利于实现氮化铝陶瓷基片的工业化生产。
[0006]为解决上述技术问题,本发明提供了一种用无毒流延法制备氮化铝陶瓷基板的工艺制备方法及其制备得到的流延浆料和陶瓷基板,利用传统流延成型技术的优点,在保证氮化铝陶瓷基板性能的前提下,改变原料组成,降低生产成本,减少环境污染,促进氮化铝陶瓷基板的产业化。
[0007]具体来说,针对现有技术的不足,本发明提供了如下技术方案:
[0008]—种氮化铝陶瓷流延浆料,其特征在于,包括下述组分:混合溶剂、分散剂、氮化铝陶瓷粉末、烧结助剂、增塑剂和粘结剂;
[0009]其中,所述混合溶剂选自无水乙醇、乙酸乙酯和乙酸丙酯的两种以上;所述混合溶剂的加入量为氮化铝陶瓷粉末质量的30%_50%。
[0010]优选的,上述流延浆料中,所述混合溶剂选自无水乙醇和乙酸乙酯的组合,或无水乙醇和乙酸丙酯的组合;所述无水乙醇和乙酸乙酯中体积比为1:(0.25-2),所述无水乙醇和乙酸丙酯的体积比为1:(0.2-4)。
[0011]优选的,上述流延浆料中,所述无水乙醇和乙酸丙酯的体积比为1:(0.2-2.5)。
[0012]优选的,上述流延浆料中,所述分散剂选自聚磷酸盐、聚丙烯酸钠、聚山梨酯和聚乙二醇的一种或两种以上。
[0013]优选的,上述流延楽:料中,所述分散剂的加入量占氮化招陶瓷粉末质量的2%-6%,优选为2%_4%。
[0014]优选的,上述流延浆料中,所述氮化铝陶瓷粉末的平均粒径为0.8_5μπι。
[0015]优选的,上述流延浆料中,所述烧结助剂选自氧化钇、氧化钙、氟化钇、氧化锂、碳酸钙或碳酸锂的一种或两种以上。
[0016]优选的,上述流延浆料中,所述烧结助剂的质量占氮化铝陶瓷粉末的2%_8%,优选为3%-5%。
[0017]优选的,上述流延浆料中,所述增塑剂选自环氧油酸丁酯、环氧硬脂酸辛酯、环氧化甘油三酸酯、甘油三醋酸酯、偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯或均苯四酸四酯的一种或两种以上。
[0018]优选的,上述流延浆料中,所述增塑剂的质量占氮化铝陶瓷粉末的1% -5 %,优选为 2%-3%。
[0019]优选的,上述流延浆料中,所述粘结剂选自羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇或聚丙烯醇的一种或两种以上。
[0020]优选的,上述流延浆料中,所述粘结剂的质量占氮化铝陶瓷粉末的2%_5%,优选为 3%-5%。
[0021]本发明还提供一种氮化铝陶瓷基板,其特征在于,由上述任一项所述流延浆料经流延成型后得到。
[0022]优选的,上述陶瓷基板中,所述陶瓷基板包括氮化铝陶瓷粉末和烧结助剂,所述烧结助剂的质量占氮化铝陶瓷粉末的2%_8%,优选为3%_5%。
[0023]优选的,上述陶瓷基板中,所述烧结助剂选自氧化钇、氧化钙、氟化钇、氧化锂、碳酸钙或碳酸锂的一种或两种以上。
[0024]本发明还提供上述流延浆料的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
[0025](1)将包含混合溶剂、分散剂、氮化铝陶瓷粉末、烧结助剂的原料混合后进行初次球磨;所述原料与研磨体的质量比为(3-5): 1 ;
[0026](2)加入增塑剂和粘结剂,进行二次球磨,得到氮化铝陶瓷流延浆料。
[0027]优选的,上述流延浆料的制备方法中,所述初次球磨的时间为8_20h,所述二次球磨的时间为8_20h。
[0028]本发明还提供上述氮化铝陶瓷基板的制备方法,包括下述步骤:
[0029](1)真空除泡:将氮化铝陶瓷流延浆料在真空脱泡机中进行除泡;
[0030](2)流延成型:将经除泡后的氮化铝陶瓷流延浆料进行流延操作,流延速度为0.5m/min-3m/min,温度为 30_60°C,得到胚体;
[0031](3)干燥:将胚体进行干燥后,将胚体从流延薄膜上剥离。
[0032]优选的,上述陶瓷基板的制备方法中,所述真空除泡机的搅拌速度为30-80r/min,脱泡时间为8-30min。
[0033]本发明还提供一种氮化铝陶瓷基板,由上述陶瓷基板的制备方法制备得到。
[0034]本发明还提供上述氮化铝陶瓷流延浆料,上述氮化铝陶瓷基板在LED照明或集成电路领域的应用。
[0035]本发明的有益效果是:第一,本方法采用无毒混合溶剂成功取代传统流延成型有毒溶剂(苯、甲苯、二甲苯、丁酮等),减少环境污染,降低生产成本。第二,乙酸乙酯和乙酸丙酯的介电常数接近传统的苯、甲苯及二甲苯的介电常数,在成功取代有毒溶剂的基础上,保证了 A1N浆料的性能。第三,由于无水乙醇、乙酸乙酯和乙酸丙酯等溶剂的饱和蒸汽压比苯类溶剂的饱和蒸汽压大,因此,在干燥过程中,通过合理的调整混合溶剂中不同醇类溶剂的比例,可实现A1N流延生坯的快速高效干燥,缩短干燥时间;第四,无水乙醇、乙酸乙酯和乙酸丙酯等溶剂的表面张力比苯类或酮类溶剂的表面张力小,对A1N颗粒的润湿效果较好,有利于得到高固含量、高均一性的A1N流延浆料。该方法工艺简单,产品稳定性较高,推进了A1N陶瓷基片的工业化生产。
【附图说明】
[0036]图1为实施例一所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0037]图2为实施例二所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0038]图3为实施例三所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0039]图4为实施例四所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0040]图5为实施例五所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0041]图6为实施例六所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为3000倍。
[0042]图7为对比例所得陶瓷基板的扫描电镜图,放大倍数为1000倍。
【具体实施方式】
[0043]鉴于目前流延成型法制备氮化铝陶瓷基板所用溶剂具有一定的毒性,对环境的污染较为严重,严重危害身体健康,本发明提供了一种氮化铝陶瓷流延浆料、基板及其制备方法和应用。
[0044]一种优选的实施方式中,本发明所述氮化铝陶瓷基板的制备方法如下:
[0045](1)配料和球磨,将多种溶剂按比例配置成混合溶剂,然后将混合溶剂、分散剂、A1N陶瓷粉体和烧结助剂混合进行初次球磨。球料比为3:1?5:1,混合溶剂的加入量为A1N陶瓷粉末质量的30 %?50 %,球磨时间为8?20h。溶剂种类包括无水乙醇、乙酸乙酯和乙酸丙酯等;分散剂是聚磷酸盐H3204、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯或聚乙二醇400等,烧结助剂为氧化钇、氟化钙、氟化钇、氧化锂、碳酸钙、碳酸锂等物质或是它们的混合物。所述混合溶剂优选为无水乙醇和乙酸乙酯的组合、无水乙醇和乙酸丙酯的组合,上述混合溶剂中各组分优选的体积比例依次为1: 0.25?0.5:1,1:0.2?0.25:1,最优选为无水乙醇和乙酸乙酯体积比为1:1的混合溶剂。
[0046](2)加入增塑剂和粘结剂,在初次球磨得到的A1N浆料中加入增塑剂和粘结剂,以增加A1N薄片的柔韧性和拉伸强度,然后进行二次球磨,球磨时间为8h?20h。增塑剂的加入量为A1N陶瓷粉末重量的1%?5%,粘结剂的加入量为A1N陶瓷粉末重量的2%?5%。增塑剂为环氧油酸丁酯、环氧硬脂酸辛酯、环氧化甘油三酸酯、甘油三醋酸酯、偏
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