一种金属化陶瓷基板及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷金属化技术领域，尤其涉及一种金属化陶瓷基板的制备方法及其制备的金属化陶瓷基板。

背景技术：

陶瓷材料是人们在生活、现代化工业和航天航空领域中不可缺少的材料，在实际应用中，陶瓷材料以它独特的耐高温、耐磨和抗热震性能得到了广泛的应用，目前世界各国正在大力研发陶瓷材料。但是陶瓷材料的硬脆性能使得陶瓷材料的加工性能较差，在实际应用中需要和其它材料复合才能得到应用。

陶瓷表面金属化可以使陶瓷与金属连接起来制成复合基板，结合了陶瓷材料优良的力学性能以及金属优异的导热、导电性能。金属化后的陶瓷基板的两个主要的功能是作为互联器件的电导体和将器件上的热传出去的热导体。

由于陶瓷材料表面结构与金属材料表面结构不同，焊接往往不能润湿陶瓷表面，也不能与之作用而形成牢固的黏结，因而陶瓷与金属的封接是一种特殊的工艺方法，即金属化的方法：先在陶瓷表面牢固的黏附一层金属薄膜，从而实现陶瓷与金属的焊接。

现有技术的陶瓷基板金属化方法有薄膜法和厚膜法，通过薄膜法制造的基板通孔密实性较差，金属层和陶瓷的结合力较低；通过厚膜法制造的基板金属层的导电率不高、镀覆的附着性差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属化陶瓷基板的制备方法，金属层与陶瓷的结合力高，制得的金属化陶瓷基板的密实性好。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述制备方法制备的金属化陶瓷基板，此金属化陶瓷基板的导电率高，镀覆附着性好，耐热循环性高。

本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种金属化陶瓷基板的制备方法，按下述步骤制备：

(1)制备氮化铝陶瓷基片；

(2)在所述氮化铝陶瓷基片的表面形成银层；

(3)在所述银层远离所述氮化铝陶瓷基片的表面形成有机层；

(4)在所述有机层远离所述银层的表面形成铜浆层，以形成金属化陶瓷基板前体；

(5)真空烧结所述金属化陶瓷基板前体。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，步骤(1)中所述氮化铝陶瓷基片按下述方法制备：

将氮化铝粉料与烧结助剂混合为起始原料，以乙醇溶剂为介质，氧化铝磨球为研磨介质，聚乙烯缩丁醛为粘接剂，球磨混合4个小时，使粉末与烧结助剂及粘接剂充分混合，形成分散均匀、粘度合适的浆料，然后在流延机上流延成薄片；

将薄片放入高温炉中，并加热至500℃保温2小时排除粘接剂和有机溶剂，然后将薄片放入铺有氮化硼粉和氮化铝粉混合物的坩埚中；

通入高纯氮气，以5℃/min的升温速率升至1500℃，再以2℃/min的升温速率升至1800℃，并在1800℃保温4小时，再以6℃/min的降温速率降至1000℃，接着再以10℃/min降温至室温，即得氮化铝陶瓷基片。

优选地，所述烧结助剂是由碳酸钙和氟化钙按照1：1的重量比混合而成，其中，烧结助剂的添加量为氮化铝粉料重量的2wt％。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，步骤(2)的银层按下述方法形成：

将表面研磨后的氮化铝陶瓷基片切成所需要的试样，依次置入丙酮、乙醇溶液中各超声清洗20min，置于烘箱中烘干备用；

将银粉和粘接助剂混合，加入有机粘接剂后湿混，得金属化浆料；

采用270目尼龙丝网将金属化浆料印刷在氮化铝陶瓷基片上，干燥20min；

将印刷有金属化浆料得氮化铝陶瓷基片放置在流动氮气保护的气氛中烧结。

优选地，所述粘接助剂由四氧化三钴和三氧化二铁按照2：1重量比混合而成，其中，粘接助剂的添加量为银粉重量的3wt％。

优选地，所述有机粘接剂为聚乙烯缩丁醛。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述有机层为聚酰胺树脂层。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，步骤(4)中所述铜浆层的形成方法是将粘度为100mpa·s的铜浆涂覆于所述有机层远离所述银层的表面并在130℃条件下干燥25min，所述铜浆层的厚度为80μm。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，步骤(5)中所述真空烧结是先将所述金属化陶瓷基板前体置于温度为450℃条件下脱脂0.5h，然后在温度为1000℃条件下烧结90min，所述铜浆层变为铜层。

一种金属化陶瓷基板，由上述的金属化陶瓷基板的制备方法制备而成。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明在真空烧结的时候，真空烧结时温度比较高，银层会扩散至氮化铝陶瓷基片中，与氮化铝发生反应形成氮化银过渡层，提高了其结合力。

本发明在真空烧结的过程中，由于有机层的隔绝作用，银层不会和铜浆层发生反应，阻止了银层迁移到铜浆层，而有机层在真空烧结的时候会发生分解，其不会对金属化陶瓷基板的性能造成影响。

本发明制备的金属化陶瓷基板的导电率高，镀覆附着性好，同时其具有优异的耐热循环性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明中金属化陶瓷基板前体的结构示意图；

图2是本发明中金属化陶瓷基板前体经真空烧结后形成的金属化陶瓷基板结构示意图。

图中：10、氮化铝陶瓷基片，20、银层，30、有机层，40、铜层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种金属化陶瓷基板的制备方法，按下述步骤制备：

步骤(1)、制备氮化铝陶瓷基片；所述氮化铝陶瓷基片按下述方法制备：将氮化铝粉料与烧结助剂混合为起始原料，以乙醇溶剂为介质，氧化铝磨球为研磨介质，聚乙烯缩丁醛为粘接剂，球磨混合4个小时，使粉末与烧结助剂及粘接剂充分混合，形成分散均匀、粘度合适的浆料，然后在流延机上流延成薄片；

将薄片放入高温炉中，并加热至500℃保温2小时排除粘接剂和有机溶剂，然后将薄片放入铺有氮化硼粉和氮化铝粉混合物的坩埚中；

通入高纯氮气，以5℃/min的升温速率升至1500℃，再以2℃/min的升温速率升至1800℃，并在1800℃保温4小时，再以6℃/min的降温速率降至1000℃，接着再以10℃/min降温至室温，即得氮化铝陶瓷基片10。

其中，氮化铝粉料中al、n、o、c的含量分别为65.4％、33.6％、0.9％、0.06％，平均晶粒尺寸为1.5微米；所述烧结助剂是由碳酸钙和氟化钙按照1：1的重量比混合而成，其中，烧结助剂的添加量为氮化铝粉料重量的2wt％。

步骤(2)、在所述氮化铝陶瓷基片10的表面形成银层20；银层按下述方法形成：

将表面研磨后的氮化铝陶瓷基片切成所需要的试样，依次置入丙酮、乙醇溶液中各超声清洗20min，置于烘箱中烘干备用；

将银粉和粘接助剂混合，加入有机粘接剂后湿混，得金属化浆料；

采用270目尼龙丝网将金属化浆料印刷在氮化铝陶瓷基片上，干燥20min；

将印刷有金属化浆料得氮化铝陶瓷基片放置在流动氮气保护的气氛中烧结。

其中，所述粘接助剂由四氧化三钴和三氧化二铁按照2：1重量比混合而成，其中，粘接助剂的添加量为银粉重量的3wt％，所述有机粘接剂为聚乙烯缩丁醛。

步骤(3)、在所述银层20远离所述氮化铝陶瓷基片10的表面形成有机层30；所述有机层30为聚酰胺树脂层。聚酰胺树脂层在步骤(5)烧结的过程中，聚酰胺树脂层完全分解，聚酰胺树脂层将不会残留在金属化陶瓷基板中，不会影响金属化陶瓷基板的性能。

步骤(4)、在所述有机层30远离所述银层20的表面形成铜浆层，以形成金属化陶瓷基板前体；所述铜浆层的形成方法是将粘度为100mpa·s的铜浆涂覆于所述有机层远离所述银层的表面并在130℃条件下干燥25min，所述铜浆层的厚度为80μm。

步骤(5)、真空烧结所述金属化陶瓷基板前体，所述真空烧结是先将所述金属化陶瓷基板前体置于温度为450℃条件下脱脂0.5h，然后在温度为1000℃条件下烧结90min，将所述铜浆层变为铜层40。真空烧结可以避免银和铜浆与空气中的氧气接触，从而发生氧化，溅射的银层扩散至氮化铝陶瓷基片中，银与氮化铝陶瓷基片中的氮成分发生反应生成氮化银过渡层，银层与氮化铝陶瓷基片发生化学反应的过程中，聚酰胺树脂层将银层与铜浆层隔开，避免银层扩散到铜浆层中与铜浆层发生化学反应，银层不会分布在铜浆层中，从而可以保证金属化陶瓷基板的铜浆层的导电率、铜浆层的附着性，使铜浆层的表面更加平整。

另外，通过上述制备方法得到的金属化陶瓷基板的导电率高，镀覆附着性好，同时其具有优异的耐热循环性。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。