一种稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料，其原料组分及质量百分比含量为：金刚石粉末65～85％,陶瓷粉末15～35％；所述陶瓷粉末的原料组分及质量百分比含量为：SiO2 40～62％，B2O3 21～33％，Li2O 5～13％，Al2O3 3～7％，Na2O 2～6％,CaO 2～5％，CeO2 1～10％。首先制备陶瓷粉末，再经配料、成型后于750～800℃烧结。本发明于低温常压下制得，最高导热系数和抗弯强度分别达到4.5w/(m·k)和103Mpa，具有介电系数低、热膨胀系数与Si电子元件相匹配等优点，是一种适用于电子封装的基板材料。
【专利说明】
-种稀±惨杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于一种W成分为特征的陶瓷组合物，特别设及一种稀±渗杂陶瓷基金刚 石基板材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 电子器件的散热问题是电子信息产业发展面临的技术瓶颈之一。电子封装材料经 过了两代的发展，目前各国正积极开展W高导热率的金刚石、高定向热解石墨化0PG)、高导 热碳纤维等作增强相的第=代电子封装材料研究，其中HOPG及高导热碳纤维存在各向异 性，而且生产成本较高。金刚石的热导率是且前发现的物质中最高的，且不存在各向异性， 是最具有发展潜力的热管理材料之一。近年来随着人造金刚石产业的不断发展，生产成本 大幅下降，国外一些公司已开始利用原材料价格较低的金刚石单晶来制备金刚石复合材 料.W此获得高导热、低膨胀的理想封装材料。然而，采用高溫超高压及气体压力渗透技术 制备金刚石复合材料，由于制备过程需要极高的真空度及超高的压力，对设备要求极高，审U 造成本昂贵，限制了金刚石复合材料的广泛应用。因此，开发具有高热导率的低溫共烧陶瓷 材料就显得尤为重要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的，是为克服现有的制备金刚石基板材料需要高溫高压条件及成本高 的缺点，提供一种稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法，该基板材料能在低溫常 压下制得，导热系数和抗弯强度分别可达4.5w/(m . k)和103Mpa，具有介电系数低、热膨胀 系数与Si电子元件相匹配等优点。
[0004] 本发明通过如下技术方案予W实现。
[0005] -种稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料，其原料组分及质量百分比含量为：金刚石 粉末65~85 %，陶瓷粉末15~35 % ;
[0006] 所述的陶瓷粉末，其原料组分及质量百分比含量为：Si〇2 40~62%，B203 21~ 33%，Li2〇5~13%，Al2〇33~7%，Na2〇2~6%，Ca02~5%，Ce〇2l~10%。
[0007] 上述稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料的制备方法，步骤如下：
[000引（1)制备陶瓷粉末
[0009] ①将 Si 化、82〇3、^2〇、412〇3、化2〇、〔日0按照51化40~62%，82〇3 21~33%，^2〇5~ 13%，Al2〇3 3~7%，化2〇 2~6% ,CaO 2~5%的计量比混合，球磨lOh，过200目标准筛，审U 得混合粉体；
[0010] ②将步骤(1)①制得的混合粉体置于烙块炉中于1400°C烙炼地，水泽，得到玻璃块 体；
[0011] ③将步骤(1)②制得的玻璃块体在球磨机中球磨20h，过200目标准筛，即制得玻璃 粉末；
[0012] ④将步骤（1)③制得的玻璃粉末与Ce化按比例混合，放入球磨机中球磨化，过200 目筛，得到稀±渗杂的陶瓷粉末；
[001引 （2)配料
[0014]将步骤（1)④制得的陶瓷混合粉末与金刚石粉末按照金刚石粉末65~85%、陶瓷 粉末15~35%的计量比混合，置于球磨机中混合均匀，然后过200目标准筛，得到稀±渗杂 陶瓷基金刚石基板混合料；
[00巧](3)成型
[0016]将步骤(2)得到稀±渗杂陶瓷基金刚石基板混合料倒入磨具内，冷压成型为巧体； [0017] (4)烧结
[0018] 将步骤(3)成型的巧体于常压下，750~800°C烧结，保溫地，制得稀±渗杂陶瓷基 金刚石基板材料。
[0019] 所述步骤(1)①、步骤(1)③及步骤(1)④的球磨为干式球磨的形式。
[0020] 所述稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料的导热系数达4.5w/(m ? k)。
[0021 ]所述稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料的抗弯强度达103Mpa。
[0022] 本发明提供了一种稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法，该基板材料能 在低溫常压下制得，最高导热系数和抗弯强度分别达到4.5w/(m ? k)和103Mpa，具有介电系 数低、热膨胀系数与Si电子元件相匹配等优点，适用于电子封装的基板材料。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
[0024] 本发明的稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料，其原料组分及质量百分比含量为：金 刚石粉末65~85 %，陶瓷粉末15~35 % ;
[00巧]所述的陶瓷粉末，其原料组分及质量百分比含量为：Si〇2 40~62%，B203 21~ 33%，Li2〇5~13%，Al2〇33~7%，Na2〇2~6%，Ca02~5%，Ce〇2l~10%。
[0026] 该稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料的制备方法，具体实施步骤如下：
[0027] (1)制备陶瓷粉末
[002引 ①将 Si 化、8203、^20、41203、化20、0曰0按照51化40~62%，8203 21~33%，^205~ 13%，Al203 3~7%，化20 2~6% ,CaO 2~5%的计量比混合，球磨lOh，过200目标准筛，审U 得混合粉体；
[0029] ②将步骤(1)①制得的混合粉体置于烙块炉中于1400°C烙炼地，水泽，得到玻璃块 体；
[0030] ③将步骤(1)②制得的玻璃块体在球磨机中球磨20h，过200目标准筛，制得玻璃粉 末；
[0031] ④将步骤（1)③制得的玻璃粉末与Ce化按比例混合，放入球磨机中球磨化，过200 目筛，得到稀±渗杂的陶瓷粉末；
[0032] (2)配料
[0033] 将步骤（1)④制得的陶瓷粉末与金刚石粉末按照金刚石粉末65~85%，陶瓷粉末 15~35%的计量比混合，置于球磨机中混合均匀，然后过200目标准筛，得到稀±渗杂陶瓷 基金刚石基板混合料；
[0034] (3)成型
[0035] 将步骤(2)得到稀±渗杂陶瓷基金刚石基板混合料倒入磨具内，冷压成型为巧体；
[0036] (4)烧结
[0037] 将步骤(3)成型的巧体于常压下，750~800°C烧结，保溫地，制得稀±渗杂陶瓷基 金刚石基板材料。
[0038] (5)检测:将烧结后的稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料进行导热、机械强度测试及 人工检验。
[0039] 所述步骤(1)①、步骤(1)③及步骤(1)④的球磨为干式球磨的形式。
[0040] 本发明具体实施例的原料配比及其性能检测结果详见表1。
[0041] 表 1
[0042]
[0043] 本发明具体实施例陶瓷粉体的原料配比详见表2。
[0044] 表 2 r00451
[0046] 本发明稀±渗杂陶瓷基金刚石基板材料于750~800°C下烧结而成，通过添加稀± 氧化物Ce化，提高了基板材料的导热系数和抗弯强度，适合基板材料的应用要求。
[0047] 本发明并不局限于上述实施例，很多细节的变化是可能的，但运并不因此违背本 发明的范围和精神。
【主权项】
1. 一种稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料，其原料组分及质量百分比含量为：金刚石粉 末65~85%，陶瓷粉末15~35% ; 所述的陶瓷粉末，其原料组分及质量百分比含量为= SiO2 40~62% ,B2O3 21~33%， Li2〇5~13%，Al2〇33~7%，Na2〇2~6%，Ca02~5%，Ce〇2l~10%。 上述稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料的制备方法，步骤如下： (1) 制备陶瓷粉末 ① 将 31〇2、82〇3、1^2〇、厶12〇3、他2〇、〇&0按照51〇2 40~62%，82〇3 21~33%，1^2〇5~ 13%，Al2〇3 3~7% ,Na2O 2~6% ,CaO 2~5%的计量比混合，球磨10h，过200目标准筛，制 得混合粉体； ② 将步骤(1)①制得的混合粉体置于熔块炉中于1400 °C熔炼4h，水淬，得到玻璃块体； ③ 将步骤（1)②制得的玻璃块体在球磨机中球磨20h，过200目标准筛，即制得玻璃粉 末； ④ 将步骤（1)③制得的玻璃粉末与CeO2按比例混合，放入球磨机中球磨5h，过200目筛， 得到稀土掺杂的陶瓷粉末； (2) 配料 将步骤（1)④制得的陶瓷混合粉末与金刚石粉末按照金刚石粉末65~85%、陶瓷粉末 15~35%的计量比混合，置于球磨机中混合均匀，然后过200目标准筛，得到稀土掺杂陶瓷 基金刚石基板混合料； (3) 成型 将步骤(2)得到稀土掺杂陶瓷基金刚石基板混合料倒入磨具内，冷压成型为坯体； (4) 烧结 将步骤(3)成型的坯体于常压下，750~800°C烧结，保温4h，制得稀土掺杂陶瓷基金刚 石基板材料。2. 根据权利要求1所述的的稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料，其特征在于，所述步骤 (1)①、步骤(1)③及步骤(1)④的球磨为干式球磨的形式。3. 根据权利要求1所述的的稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法，其特征在 于，所述稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料的导热系数达4.5w/(m · k)。4. 根据权利要求1所述的的稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料及其制备方法，其特征在 于，所述稀土掺杂陶瓷基金刚石基板材料的抗弯强度达103Mpa。
【文档编号】C04B35/52GK105924172SQ201610261014
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】李志宏, 李锲, 朱玉梅
【申请人】天津大学