[發明專利]一種連續式低溫燒結高導熱率AlN陶瓷的方法及其產品

有效

• 申請號: 200910107044.3
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101570437A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 謝燦生
• 申請（專利權）人: 潮州三環（集團）股份有限公司
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/581
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到微電子封裝材料領域或陶瓷材料領域，尤其涉及到一種連續 式低溫燒結高導熱率AlN陶瓷的方法及其產品。

背景技術

現有的氮化鋁陶瓷具有優良的導熱性能，并且其具有無毒、體積電阻率高、 熱膨脹性能與硅接近等特性，是電子基板和封裝的理想材料而受到業內的廣泛 關注。但是氮化鋁屬于共價鍵晶體，僅靠其自身是無法燒結致密，需要在高溫 高壓下添加燒結助劑燒結，現在的氮化鋁產品大都在1800～1900℃燒結。由于 燒結成本太高，現市場價格很高，很難推廣使用。近幾十年來，氮化鋁陶瓷的 低溫燒結一直是一個重要的研究方向。

專利CN1203898A中用普通的碳熱還原法或高溫自蔓延法制得的AlN粉料， 以CaC₂和一價金屬氧化物以及稀土氧化物為添加劑，采用熱壓燒結工藝，在 1500～1600℃的溫度下燒結4～10小時，可以制得最大尺寸為直徑120mm圓片， 其熱導度在120～200W/m.K之間的AlN陶瓷。

專利CN1421418A中使用一種堿土金屬的氧化物或氟化物與稀土金屬的氧 化物或氟化物以及氧化硼做為混合助燒劑，其比例A∶B∶C＝(0.5～4)％∶(2～4) ％∶(0.5～2.5)％，然后與氮化鋁粉混合，比例為AlN∶混合助燒劑＝(89.5～97) ％∶(10.5～3)％。燒結溫度在1600～1800℃。得到的氮化鋁陶瓷熱導率在 140～200W/m.K。

其不足之處在于其成型工藝和燒結工藝都是間歇式生產工藝，不能連續操 作，不適合大批量的工業化生產。

以上兩種專利都是利用液相燒結的原理，在氮化鋁粉中加入大量的氧化物 或氟化物，使之與氮化鋁粉中的氧化鋁形成液相，利用液體的毛細現象促使氮 化鋁燒結，并凈化晶格的氧含量。其不足之處在于加入大量助燒劑形成的液相 不易于完全排除，會存在氮化鋁燒結體內形成晶界相，阻礙了氮化鋁陶瓷的導 熱性能的提升。

為了降低氮化鋁陶瓷的燒結溫度，需要加入大量的氧化物做為燒結助劑， 其在燒結過程中形成液相來降低燒結溫度，大量的液相存在很難排除，液相成 份在冷后形成晶界相，殘留在氮化鋁燒結體內，不利于氮化鋁陶瓷的導熱性能 提升。但是加入量太少，燒結溫度會升高，低溫燒結則難于致密，達不到降低 燒結溫度的目的。

基于上述現有氮化鋁陶瓷材料的不足之處，本發明人研制了本發明“一種 連續式低溫燒結高導熱率AlN陶瓷的方法及其產品”。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足所要解決的技術問題是：提供一種使產品 的生產成本大大降低且產品導熱率有較大提升的連續式低溫燒結高導熱率AlN 陶瓷的方法及其產品。

本發明要解決的問題是選擇合適的燒結添加劑，并加入納米氮化鋁粉，來 降低氮化鋁的燒結溫度，使之能在連續式的氫氮氣氛爐中燒結，通過降低能耗、 提高生產效率，并較好地保持了氮化鋁陶瓷的導熱率水平，最終達到降低氮化 鋁基片的生產成本的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種連續式低溫燒結高導熱率AlN陶瓷的方法，AlN陶瓷由AlN粉體和添 加劑進行燒結而成，所述的AlN粉體平均粒徑為1.0～2.0μm，氧含量≤1.0％， 所述的添加劑由納米AlN粉、燒結助劑和稀土金屬氧化物組成，燒結助劑選自 CaCO₃和LiCO₃，稀土金屬氧化物選自Y₂O₃、Sm₂O₃、Dy₂O₃、Nd₂O₃、Ho₂O₃和Er₂O₃， 其中燒結助劑的含量為1～2wt％，納米AlN粉的用量占總重量的5～10％，稀土氧 化物的含量為1～3wt％。本發明采用普通的AlN粉中加入納米AlN粉和添加劑進 行低溫燒結，燒結溫度為1450～1600℃，可以在氫氮氣氛或氮氣氛中連續燒結。

所述的納米AlN粉中氧含量≤1.5％。

所述的AlN陶瓷由AlN粉體和添加劑在1450～1600℃進行燒結而成。

所述的燒結助劑和稀土金屬氧化物均為分析純產品。

所述的該方法步驟如下：