本发明涉及微电子陶瓷材料
技术领域：
，尤其涉及一种高温共烧陶瓷用氮化铝生瓷片的制备方法。
背景技术：
：氮化铝陶瓷具有导热性好、机械强度高、电绝缘性好以及无毒害等特点，目前在许多高科技领域有着广泛应用，是近年来发展较快的一种陶瓷材料。因其具有介电常数小、与芯片材料膨胀系数较匹配、易于实现多层布线等特点，在微电子、光电子、电力电子及大功率电子封装等领域具有广阔的应用前景，逐步开始取代氧化铍、氧化铝等传统的陶瓷材料。随着陶瓷外壳所封装器件的应用领域不断扩大,从大功率微波管、大电流电力电子器件到新型高效发电系统固体燃料电池以及环保汽车等领域不可缺少的传感器等电子器件，高温共烧陶瓷技术因其结构强度高、化学稳定性好、电热性能优良在电子工业得到了迅猛发展。在实际工业生产中，制得的氮化铝生瓷片在进行高温共烧陶瓷制作时，常常出现氮化铝生瓷片偏软、加工困难、变形量大等问题，生产成本居高不下，严重制约了氮化铝陶瓷材料的发展。如中国专利cn105481368a公开了一种针对陶瓷流延浆料、陶瓷基板及其制备方法和应用，该流延浆料包括混合溶剂、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%，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，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，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，所述粘结剂的质量占氮化铝陶瓷粉末的2-5%，优选为3-5%。如上专利中，存在如下缺陷：采用羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇或聚丙烯醇中的一种或几种作为生产氮化铝生瓷片的粘结剂，但由于羧甲基纤维素钠是一种盐，不溶于有机溶剂，不适合于用在高温共烧陶瓷上，同时羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇和聚丙烯醇都具有有较强的吸水性，对于制备极易水解氮化铝十分不利，产物不稳定，容易分解，制备的生瓷片加工性能不佳。如中国专利cn104193340a公开了一种流延成型法制备用于多层布线基板的生瓷片的方法，包括多层用生瓷片、浆料制作方法和流延工艺，是将粉体、烧结助剂、分散剂、粘结剂、增塑剂和溶剂搅拌混合均匀，形成浆料，再通过流延的方法制得生瓷片，生瓷片厚度控制在0.3mm以下，所制作的生瓷片能满足多层布线基板制作，所述的烧结助剂为稀土金属氧化物、碱土金属氧化物中的一种或两种，所述分散剂为油酸、三油酸甘油酯、鱼油、丙烯酸树脂中的一种或两种，所述粘结剂为聚碳酸亚丙脂树脂，所述增塑剂为邻苯二甲酸二甲酯和邻苯二甲酸二丁酯中一种或两种，所述溶剂为异丙醇、丙酮、丁酮、乙醇中的多元混合体系。如中国专利cn103121238a公开了一种流延成型制备氮化铝生胚的方法，包括以下步骤：（1）配制有机胶：将粘结剂、增塑剂和有机溶剂按比例加入到容器内搅拌均匀；（2）配制流延浆料：将氮化铝粉体烧结助剂按比例依次加入到球磨罐中，再依次加入有机溶剂和分散剂，进行球磨，加入步骤（1）中配制的有机胶，再进行球磨；（3）脱泡陈腐：将步骤（2）中处理好的流延浆料进行真空脱泡并进行陈腐处理，控制粘度在8000-13000cps；（4）流延成型：用流延机对步骤（3）中处理好的流延浆料进行流延成型，控制刮刀高度为2.4-2.8mm，流延带速为0.1-0.3m/分，流延机的干燥温度一区为70-90℃，二区温度为120-150℃，使用上述方法可直接制备出厚度达1.3-1.6mm的氮化铝生胚。cn103121238a所述粘结剂是聚丙烯酸甲酯和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或两种，所述ι类增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸丁苄酯或邻苯二甲酸二辛酯中的一种或两种，所述有机溶剂是甲苯、二甲苯或无水乙醇，所述烧结助剂是氧化铒、氧化镝或氧化钇中的一种或两种。上述三件专利中，在采用流延法生产氮化铝生瓷片时，生产原料还都用到苯、酮、醛等毒性较大的有机原料，生产过程中产生的有机废液将会对环境造成较大危害及污染，且有机原料中的有毒有害成分在生产过程中易残留在氮化铝生瓷片中，对生产者、使用者的身体健康具有一定的危害性。技术实现要素：有鉴于此，有必要提出一种高温共烧陶瓷用氮化铝生瓷片的制备方法。一种高温共烧陶瓷用氮化铝生瓷片的制备方法，包括以下步骤：1）装入研磨球：在纳米砂磨机中装入干净的氧化铝研磨球，研磨球与氮化铝粉的质量比为5：1；2）配置浆料：按质量比分别称取氮化铝粉、溶剂、分散剂、烧结助剂、防沉剂，先将防沉剂加入到溶剂中，在高速分散机中以1500rpm/min搅拌0.5-1小时，使防沉剂均匀分散到溶剂中，再将含防沉剂的溶剂、氮化铝粉、分散剂、烧结助剂一同加入到纳米砂磨机中，混合均匀并形成浆料，准备一次研磨；3）一次研磨：开启纳米砂磨机，进行研磨，研磨过程中测试浆料粒度，当d50范围在0.5-1.5um时，停机；4）配置流延浆料：一次研磨结束后，按质量比称取粘结剂、增塑剂，加入到一次研磨后的浆料中，混合均匀形成流延浆料；5）二次研磨：流延浆料在纳米砂磨机中继续研磨，研磨2-4小时后停机；6）真空脱泡：将二次研磨后的流延浆料转移至真空搅拌脱泡机中进行真空脱泡，真空脱泡时间为0.5-1小时，粘度达到3000-6000pa·s时停止脱泡；7）流延成型：将真空脱泡后的流延浆料转移至流延机进行流延操作，使流延出的生瓷带厚度控制在0.05-1mm范围内；8）裁切：将流延成型的生瓷带裁切为所需尺寸的生瓷片。优选的，所述配置浆料步骤中，所述溶剂为无水乙醇，所述分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液disperbyk190，所述烧结助剂为纳米氧化镧、氧化钇混合分散液，所述防沉剂为聚烯烃蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种物质的混合物，所述氮化铝粉粒径为0.5-1.5um，形貌为类球形。优选的，所述防沉剂还能够用聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油中的一种或两种物质的混合物代替。优选的，所述氮化铝粉占流延浆料的质量比为50-60%，所述溶剂占流延浆料的质量比为32-42.8%，所述分散剂占流延浆料的质量比为1-2%，所述烧结助剂占流延浆料的质量比为0.2-5%，所述防沉剂占流延浆料的质量比为1-2%。优选的，所述氮化铝粉占流延浆料的质量比为50%，所述溶剂占流延浆料的质量比为41.7%，所述分散剂占流延浆料的质量比为1%，所述烧结助剂占流延浆料的质量比为0.3%，所述防沉剂占流延浆料的质量比为1%。优选的，所述一次研磨步骤中，所述浆料粒度d50不大于1um时，停机。优选的，所述流延浆料步骤中，所述粘结剂为聚丙烯酸树脂，所述增塑剂为环己烷-1,2-二羧酸异辛酯。优选的，所述粘结剂占流延浆料的质量比为5-8%，所述增塑剂占流延浆料的质量比为1-2%。优选的，所述粘结剂占流延浆料的质量比为5%，所述增塑剂占流延浆料的质量比为1%。优选的，所述流延成型步骤中，流延速度为0.2-0.5m/min。本发明制成的生瓷片，具有强度高、导热性好、温度性好的优点，在高温共烧陶瓷的制作过程中不易变形、打孔印刷精度高、平整度好、与金属化浆料的收缩匹配性好，制作过程不需要覆膜操作，解决了氮化铝生瓷片偏软、加工困难、易出现填孔印刷偏移、叠片错位等难题，提高了生产效率，降低了生产成本。本发明制成的生瓷片，在制作成高温共烧陶瓷器件后，烧结后收缩率小、平整度好，加工性能良好，不含有机类有毒有害成分。本发明采用聚丙烯酸树脂来代替“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”组成的粘结剂，解决了其产物生瓷片不稳定、易水解的问题，制得的生瓷片稳定性良好、加工性能良好。本发明通过采用不含苯、酮、醛等有毒有害成分的有机原料，使用流延法生产出性能良好的生瓷片，解决了现有技术采用含苯、酮、醛等有毒有害成分的有机原料生产生瓷片的难题，保障生产过程不产生有机类有毒有害物质及有机废液，使生瓷片的生产绿色环保，大幅减少生产过程对环境及接触人员的危害。具体实施方式下面结合实施例对本发明进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，不应以此限制本发明的保护范围。本发明提出的一种高温共烧陶瓷用氮化铝生瓷片的制备方法，包括以下步骤：1）装入研磨球：在纳米砂磨机中装入干净的氧化铝研磨球，研磨球与氮化铝粉的质量比5:1；纳米砂磨机能够完全打开粉体团聚，研磨粒度更细，使烧结助剂的分散更均匀，有利于高温共烧陶瓷的烧结。2）配置浆料：按质量比分别称取氮化铝粉、溶剂、分散剂、烧结助剂、防沉剂，先将防沉剂加入到溶剂中，在高速分散机中以1500rpm/min搅拌0.5-1小时，使防沉剂均匀分散到溶剂中，再将含防沉剂的溶剂、氮化铝粉、分散剂、烧结助剂一同加入到纳米砂磨机中，混合均匀并形成浆料，准备一次研磨；3）一次研磨：开启纳米砂磨机，进行研磨，研磨过程中测试浆料粒度，当d50范围在0.5-1.5um时，停机；4）配置流延浆料：一次研磨结束后，按质量比称取粘结剂、增塑剂，加入到一次研磨后的浆料中，混合均匀形成流延浆料；5）二次研磨：流延浆料在纳米砂磨机中继续研磨，研磨2小时后停机，使流延浆料混合更加均匀；6）真空脱泡：将二次研磨后的流延浆料转移至真空搅拌脱泡机中进行真空脱泡，真空脱泡时间0.5-1小时，粘度达到3000-6000pa·s时停止脱泡，以抽除流延浆料中的气体，实现无气泡效果；7）流延成型：将真空脱泡后的流延浆料转移至流延机进行流延操作，根据高温共烧陶瓷用生瓷片的使用的要求，可将流延出的生瓷带厚度控制在0.05-1mm范围内。由于无水乙醇的挥发速率较快，流延过程中容易开裂，因此要将流延机每一段的进风关闭，减少无水乙醇的挥发，流延速度0.2-0.5m/min。本发明制得的生瓷带可将厚度控制在0.05-1mm范围内，满足不同微波器件、大功率微波管、大电流电力电子器件的不同厚度需要。8）裁切：将流延成型的生瓷带裁切为所需尺寸的生瓷片。进一步，所述配置浆料步骤中，所述溶剂为无水乙醇，所述分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液disperbyk190，所述烧结助剂为纳米氧化镧、氧化钇混合分散液，所述防沉剂为聚烯烃蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种物质的混合物，所述氮化铝粉粒径为0.5-1.5um，形貌为类球形。溶剂为无水乙醇，常用有机溶剂，无毒无害。分散剂为含颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物溶液disperbyk190，为有机溶液，不含有害成分。烧结助剂为纳米氧化镧、氧化钇混合分散液，在配置的浆料及流延浆料中分布均匀，制成的生瓷片经烧结后品相良好，解决了目前生瓷片经烧结后易出现平整度差、有白点等问题。防沉剂为聚烯烃蜡、聚乙烯蜡中的一种或两种物质的混合物，保证了流延浆料的均匀一致性，在流延过程中起到防止沉降的作用，使整个流延过程浆料粘度始终均匀一致，保证了生瓷片密度的均匀性，同时由于防沉剂的加入，使配方中的烧结助剂前后分布均匀，使产品的抗折强度更均匀、更大，制备的生瓷片不会偏软，更易于加工，打孔精度高，无偏移。溶剂、分散剂、防沉剂均为环保型有机化学品，不含苯、酮、醛等有毒有害成分，保障生产过程不产生有机类有毒有害物质及有机废液，减少环境污染。进一步，所述防沉剂还能够用聚酰胺蜡、改性氢化蓖麻油中的一种或两种物质的混合物代替。进一步，所述氮化铝粉占流延浆料的质量比为50-60%，所述溶剂占流延浆料的质量比为32-42.8%，所述分散剂占流延浆料的质量比为1-2%，所述烧结助剂占流延浆料的质量比为0.2-5%，所述防沉剂占流延浆料的质量比为1-2%。进一步，所述氮化铝粉占流延浆料的质量比为50%，所述溶剂占流延浆料的质量比为41.7%，所述分散剂占流延浆料的质量比为1%，所述烧结助剂占流延浆料的质量比为0.3%，所述防沉剂占流延浆料的质量比为1%。进一步，所述一次研磨步骤中，所述浆料粒度d50不大于1um时，停机。进一步，所述流延浆料步骤中，所述粘结剂为聚丙烯酸树脂，所述增塑剂为环己烷-1,2-二羧酸异辛酯。粘结剂为聚丙烯酸树脂，在氮气气氛下分解温度为300℃，空气气氛下分解温度在230℃，具有分解温度低，残碳少的特点，容易排胶，满足高温共烧陶瓷共烧条件，并且聚丙烯酸树脂可溶于醇类溶剂，可采用无水乙醇作为溶剂，减少了环境污染。增塑剂为环己烷-1,2-二羧酸异辛酯，为环保型增塑剂，减少人体伤害，减少环境污染。粘结剂、增塑剂为环保型有机化学品，不含苯、酮、醛等有毒有害成分，保障生产过程不产生有机类有毒有害物质及有机废液，减少环境污染。进一步，所述粘结剂占流延浆料的质量比为5-8%，所述增塑剂占流延浆料的质量比为1-2%。进一步，所述粘结剂占流延浆料的质量比为5%，所述增塑剂占流延浆料的质量比为1%。进一步，所述流延成型步骤中，流延速度为0.2-0.5m/min。如上所述，所述流延浆料的原料配比为：原料配比1：氮化铝粉占流延浆料的质量比为50-60%，溶剂占流延浆料的质量比为32-42.8%，分散剂占流延浆料的质量比为1-2%，烧结助剂占流延浆料的质量比为0.2-5%，防沉剂占流延浆料的质量比为1-2%，粘结剂占流延浆料的质量比为5-8%，增塑剂占流延浆料的质量比为1-2%。例如，所述流延浆料的原料配比可以如下：原料配比2：氮化铝粉质量比为50%，溶剂质量比为41.7%，分散剂质量比为1%，烧结助剂质量比为0.3%，防沉剂质量比为1%，粘结剂质量比为5%，增塑剂质量比为1%。原料配比3：氮化铝粉质量比为55%，溶剂质量比为32.8%，分散剂质量比为2%，烧结助剂质量比为0.5%，防沉剂质量比为1.2%，粘结剂质量比为7%，增塑剂质量比为1.5%。原料配比4：氮化铝粉质量比为57%，溶剂质量比为33.5%，分散剂质量比为2%，烧结助剂质量比为0.5%，防沉剂质量比为1%，粘结剂质量比为5%，增塑剂质量比为1%。原料配比5：氮化铝粉质量比为50%，溶剂质量比为42.8%，分散剂质量比为1%，烧结助剂质量比为0.2%，防沉剂质量比为1%，粘结剂质量比为4%，增塑剂质量比为1%。原料配比6：氮化铝粉质量比为50%，溶剂质量比为33%，分散剂质量比为2%，烧结助剂质量比为5%，防沉剂质量比为2%，粘结剂质量比为7%，增塑剂质量比为1%。原料配比7：氮化铝粉质量比为51%，溶剂质量比为38%，分散剂质量比为1.5%，烧结助剂质量比为2.5%，防沉剂质量比为2%，粘结剂质量比为6%，增塑剂质量比为1%。上述原料配比中的氮化铝粉、溶剂、分散剂、烧结助剂、防沉剂、粘结剂、增塑剂的质量比可以为整数，也可以带有小数，具体原料配比可以按实际需要进行调整。具体实施例1：1）装入研磨球：在纳米砂磨机中装入干净的氧化铝研磨球，研磨球与氮化铝粉的质量比5:1；2）配置浆料：按原料配比2称取氮化铝粉50%、溶剂41.7%、分散剂1%、烧结助剂0.3%、防沉剂1%加入到纳米砂磨机中，混合均匀形成浆料，准备一次研磨；3）一次研磨：开启纳米砂磨机，进行研磨，研磨过程中测试浆料粒度，当d50范围不大于1um时，停机；4）配置流延浆料：一次研磨结束后，按原料配比2称取粘结剂5%、增塑剂1%，加入到一次研磨后的浆料中，混合均匀形成流延浆料；5）二次研磨：流延浆料在纳米砂磨机中继续研磨，研磨2小时后停机；6）真空脱泡：将二次研磨后的流延浆料转移至真空搅拌脱泡机中进行真空脱泡，真空脱泡时间0.5-1小时，粘度达到3000-6000pa·s时停止脱泡；7）流延成型：将真空脱泡后的流延浆料转移至流延机进行流延操作，流延速度为0.2-0.5m/min，使流延出的生瓷带厚度控制在0.05-1mm范围内；8）裁切：将流延成型的生瓷带裁切为所需尺寸的生瓷片。具体实施例2：1）装入研磨球：在纳米砂磨机中装入干净的氧化铝研磨球，研磨球与氮化铝粉的质量比5:1；2）配置浆料：按原料配比3称取氮化铝粉55%、溶剂32.8%、分散剂2%、烧结助剂0.5%、防沉剂1.2%加入到纳米砂磨机中，混合均匀形成浆料，准备一次研磨；3）一次研磨：开启纳米砂磨机，进行研磨，研磨过程中测试浆料粒度，当d50范围不大于1um时，停机；4）配置流延浆料：一次研磨结束后，按原料配比3称取粘结剂7%、增塑剂1.5%，加入到一次研磨后的浆料中，混合均匀形成流延浆料；5）二次研磨：流延浆料在纳米砂磨机中继续研磨，研磨2小时后停机；6）真空脱泡：将二次研磨后的流延浆料转移至真空搅拌脱泡机中进行真空脱泡，真空脱泡时间0.5-1小时，粘度达到3000-6000pa·s时停止脱泡；7）流延成型：将真空脱泡后的流延浆料转移至流延机进行流延操作，流延速度为0.2-0.5m/min，使流延出的生瓷带厚度控制在0.05-1mm范围内；8）裁切：将流延成型的生瓷带裁切为所需尺寸的生瓷片。具体实施例3：1）装入研磨球：在纳米砂磨机中装入干净的氧化铝研磨球，研磨球与氮化铝粉的质量比5:1；2）配置浆料：按原料配比4称取氮化铝粉57%、溶剂33.5%、分散剂2%、烧结助剂0.5%、防沉剂1%加入到纳米砂磨机中，混合均匀形成浆料，准备一次研磨；3）一次研磨：开启纳米砂磨机，进行研磨，研磨过程中测试浆料粒度，当d50范围不大于1um时，停机；4）配置流延浆料：一次研磨结束后，按原料配比4称取粘结剂5%、增塑剂1%，加入到一次研磨后的浆料中，混合均匀形成流延浆料；5）二次研磨：流延浆料在纳米砂磨机中继续研磨，研磨2小时后停机；6）真空脱泡：将二次研磨后的流延浆料转移至真空搅拌脱泡机中进行真空脱泡，真空脱泡时间0.5-1小时，粘度达到3000-6000pa·s时停止脱泡；7）流延成型：将真空脱泡后的流延浆料转移至流延机进行流延操作，流延速度为0.2-0.5m/min，使流延出的生瓷带厚度控制在0.05-1mm范围内；8）裁切：将流延成型的生瓷带裁切为所需尺寸的生瓷片。将实施例1-3所制得的生瓷片进行检测，并与现有技术制得的生瓷片进行对比，数据如下：实施例1实施例2实施例3现有技术方案打孔精度无偏移无偏移无偏移5-9%偏移抗弯强度mpa402/387/392419/409/422413/407/420342/309/378热导率180.2179.5180.4174.5密度2.22/2.23/2.182.25/2.23/2.192.17/2.22/2.192.02/2.37/1.98密度极差0.050.060.050.39从表中数据可以看出，本发明制得的生瓷片打孔精度高，无偏移，抗弯强度大，密度均匀且其极差远小于现有技术方案的密度，解决了目前生瓷片偏软、加工困难、变形量大等难题。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例，不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。当前第1页12