专利名称：复合陶瓷基板及其制备方法
复合陶瓷基板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及电子封装领域，具体地，涉及一种复合陶瓷基板，还涉及该复合陶瓷基板的制备方法。
背景技术：
电子封装产品即电子产品的保护罩，让电子产品免受外界环境的影响，比如化学腐蚀、氧化等等。为了让电子产品更好的经久耐用，提高寿命，电子封装工艺技术就显得非常重要了。随着电子技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，对电子封装的质量要求也越来越高。在功率电子封装中，电子封装基板应具有高热导率、适合的热膨胀系数、强度高、重量轻、工艺简单、原料成本低等特点，这些是研制高性能电子封装基板需要关注的重要问题。硅石气凝胶(又称SiO2气凝胶)是目前应用较多的一种电子封装基板的材料。硅石气凝胶的主要成分是SiO2,是通过溶胶凝胶方法将有机或无机硅源制备成湿凝胶，然后用气体取代凝胶中的液体，通过干燥控制添加剂及干燥工艺的控制，保持其空间网络结构基本不变，从而得到纳米多孔的硅石气凝胶材料。SiO2气凝胶的介电常数很低(1-2)，热稳定好，还具有绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等性能，在低介电常数无铅PCB基板材料中有很好的应用前景。氮化铝(AlN)陶瓷也是近年来电子工业中一种十分热门的材料，呈六方晶的纤锌矿结晶构造，其禁带宽度为6.2ev，显示出优良的电绝缘性。与氧化铍陶瓷相比，氮化铝陶瓷不具有毒性，且生产成本较低，因此，氮化铝陶瓷是目前较理想的高性能陶瓷基板和封装材料，并有逐步取代剧毒氧化铍陶瓷和低性能氧化铝陶瓷的趋势。一般的多孔SiO2气凝胶电路基板基体具有低介电常数、绝缘、轻质、无毒、阻燃、廉价等优异性能。不过，由于硅石气凝胶的导热性能很差，为满足某些基板散热的需求，还需要提高硅石气凝胶陶瓷基板的导热性能。
发明内容本发明提供一种复合陶瓷基板及其制备方法，采取添加导热填料的方式提高陶瓷基板的导热性能，将绝缘性较好、热导率较高一些陶瓷材料作为填料，添加到硅石气凝胶基板材料中，在保持其绝缘、轻质、无毒、阻燃等性能的同时，还提高了其导热性能。根据本发明的第一个主要方面，提供一种复合陶瓷基板，该复合陶瓷基板包括绝缘的、热导率低的基板材料和绝缘的、热导率高的填料；其中填料在复合陶瓷基板中所占的比例大到足以对复合陶瓷基板的整体热导率产生影响。根据本发明的一个方面，基板材料为硅石气凝胶。根据本发明的一个方面，填料包括AlN、SiC、BeO中的一种或多种。根据本发明的一个方面，填料在复合陶瓷基板中所占的比例为30% -60%体积比。根据本发明的第二个主要方面，提供一种复合陶瓷基板的制备方法，该方法包括以下步骤:a、将硅源材料加入到一定量的溶剂中，搅拌均匀成为溶胶，加入干燥控制添加剂，再滴入催化剂；b、在溶胶成为凝胶之前，加入填料颗粒，搅拌均匀后，静置使之成为凝胶；C、将凝胶老化一段时间后，用置换剂除去凝胶孔内的水，并用表面修饰剂进行疏水处理，接着进行干燥，从而得到复合陶瓷基板。根据本发明的一个方面，娃源材料包括正娃酸乙酯(TEOS)、正娃酸甲酯(TMOS)、酸性硅溶胶、水玻璃。根据本发明的一个方面，溶剂为去离子水和无水乙醇。根据本发明的一个方面，干燥控制添加剂为甲酰胺和乙二醇。根据本发明的一个方面，催化剂是盐酸、醋酸或氨水。根据本发明的一个方面，填料包括AlN、SiC、BeO中的一种或多种。根据本发明的一个方面，加入填料的体积比约为30% -60%。根据本发明的一个方面，静置过程中的温度为室温。根据本发明的一个方面，凝胶老化时间为2-30天。根据本发明的一个方面，置换剂是乙醇或丙酮。根据本发明的一个方面，表面修饰剂是三甲基氯硅烷。根据本发明的一个方面，干燥的方式包括常温常压干燥、超临界干燥或冷冻干燥。根据本发明的第三个主要方面，提供一种复合陶瓷基板的制备方法，该方法包括以下步骤:a、将硅源材料加入到一定量的第一溶剂中，搅拌均匀成为溶胶，加入干燥控制添加剂，再滴入催化剂；b、将溶胶静置使之成为凝胶；C、将凝胶老化一段时间后，用置换剂除去凝胶孔内的水，并用表面修饰剂进行疏水处理，接着进行干燥；d、将干燥后的凝胶研磨成粉体，与填料粉末进行混合，加入粘结剂、增塑剂、第二溶剂、分散剂以及造孔剂并研磨均匀后，制成陶瓷生坯；e、将陶瓷生坯进行排胶，从而得到复合陶瓷基板。根据本发明的一个方面，硅源材料包括正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸甲酯(TMOS)、酸性硅溶胶、水玻璃中。根据本发明的一个方面，第一溶剂为去离子水和无水乙醇。根据本发明的一个方面，干燥控制添加剂为甲酰胺和乙二醇。根据本发明的一个方面，催化剂是盐酸、醋酸或氨水。根据本发明的一个方面，填料包括AlN、SiC、BeO中的一种或多种。根据本发明的一个方面，加入填料的体积比约为30% -60%。
根据本发明的一个方面，静置过程中的温度为室温。根据本发明的一个方面，凝胶老化时间为2-30天。
根据本发明的一个方面，置换剂是乙醇或丙酮。根据本发明的一个方面，表面修饰剂是三甲基氯硅烷。根据本发明的一个方面，干燥的方式包括常温常压干燥、超临界干燥或冷冻干燥。根据本发明的一个方面，粘结剂是低熔点玻璃。根据本发明的一个方面，增塑剂为PEG(聚乙烯醇)。根据本发明的一个方面，第二溶剂是乙醇或甲苯。根据本发明的一个方面，分散剂为磷酸酯。根据本发明的一个方面，造孔剂为淀粉或石墨。根据本发明的一个方面，研磨方式为球磨。根据本发明的一个方面，采用流延成型的方法制成陶瓷生坯。根据本发明的一个方面，排胶温度为400°C。应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制一只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明的附图作简单地介绍，其中:图1示意性地显示了根据本发明的制备复合陶瓷基板的一种方法的流程。图2示意性地显示了根据本发明的制备复合陶瓷基板的另一种方法的流程。
具体实施方式下文将结合本发明的优选实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要明白，下文的描述(包括附图)仅仅是示例性的，而非对本发明的限制性描述。在以下描述中会涉及到部件、原料的具体数量或比例，然而也需要明白的是，这些数量或比例也仅仅是示例性的，本领域技术人员可以参照本发明任意选取适当数量或比例的部件、原料。并且，在本发明中所提及的“第一”、“第二”等字眼，并非表示对部件重要性的排序，仅仅作区别部件名称之用。除非另有明确定义，本申请上下文中使用的术语具有本领域中通常使用的含义。硅石气凝胶内含大量空气，其孔隙率可达80% 99%，其微孔尺寸范围为I lOOnm。其纳米多孔结构使其具备许多优良的电气性能，如在3-40GHZ范围内，其介电常数可控制在1.08-2.27范围内，热膨胀系数仅为普通SiO2的1/5，密度为5_200kg/m3，可耐压力超过28MPa，电阻率为为SiO2的1000倍。添加填料可以改变硅石气凝胶的导热性能，填料的选取需要符合绝缘性较好、热导率较高的特点。参见表I可知AIN、S iC或BeO等都适合作为填料。
权利要求
1.一种复合陶瓷基板，该复合陶瓷基板包括绝缘的、热导率低的基板材料和绝缘的、热导率高的填料；其中，填料在复合陶瓷基板中所占的比例大到足以对复合陶瓷基板的整体热导率产生影响。
2.根据权利要求1所述的复合陶瓷基板，其特征在于，所述基板材料为硅石气凝胶。
3.根据权利要求1所述的复合陶瓷基板，其特征在于，所述填料包括AIN、SiC,BeO中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的复合陶瓷基板，其特征在于，所述填料在所述复合陶瓷基板中所占的比例为30% -60%体积比。
5.一种复合陶瓷基板的制备方法，该方法包括以下步骤: a、将硅源材料加入到一定量的溶剂中，搅拌均匀成为溶胶，加入干燥控制添加剂，再滴入催化剂； b、在所述溶胶成为凝胶之前，加入填料颗粒，搅拌均匀后，静置使之成为凝胶； C、将所述凝胶老化一段时间后，用置换剂除去凝胶孔内的水，并用表面修饰剂进行疏水处理，接着进行干燥，从而得到所述复合陶瓷基板。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述硅源材料包括正硅酸乙酯(TE0S)、正硅酸甲酯(TMOS)、酸性硅溶胶、水玻璃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述填料包括AIN、SiC,BeO中的一种或多种。
8.一种复合陶瓷基板的制备方法，该方法包括以下步骤: a、将硅源材料加入到一定量的第一溶剂中，搅拌均匀成为溶胶，加入干燥控制添加剂，再滴入催化剂； b、将所述溶胶静置使之成为凝胶； C、将所述凝胶老化一段时间后，用置换剂除去凝胶孔内的水，并用表面修饰剂进行疏水处理，接着进行干燥； d、将干燥后的凝胶研磨成粉体，与填料的粉末进行混合，加入粘结剂、增塑剂、第二溶齐U、分散剂以及造孔剂并研磨均匀后，制成陶瓷生坯； e、将所述陶瓷生坯进行排胶，从而得到所述复合陶瓷基板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述硅源材料包括正硅酸乙酯(TE0S)、正硅酸甲酯(TMOS)、酸性硅溶胶、水玻璃。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述填料包括AlN、SiC、BeO中的一种或多种。
全文摘要
本发明提供一种复合陶瓷基板，该复合陶瓷基板包括绝缘的、热导率低的基板材料和绝缘的、热导率高的填料；其中，填料在复合陶瓷基板中所占的比例大到足以对复合陶瓷基板的整体热导率产生影响。本发明的还提供制备复合陶瓷基板的方法。根据本发明制备的复合陶瓷基板，具有绝缘、轻质、无毒、阻燃以及导热性能高等特性。
文档编号C04B35/622GK103172355SQ201110439978
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者刘若鹏, 赵治亚, 李雪, 金曦, 缪锡根 申请人:深圳光启高等理工研究院