[發明專利]制作氮化硅陶瓷電路基板的生產工藝

有效

• 申請號: 201710048624.4
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106631042B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 于利學;李正闖;于娜;倪赫隆
• 申請（專利權）人: 威海圓環先進陶瓷股份有限公司
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C04B35/64
• 代理公司: 威海科星專利事務所37202
• 代理人: 鮑光明

技術領域

本發明涉及電子元器件制備領域，詳細地講是一種制作氮化硅陶瓷電路基板的生產工藝。

背景技術

眾所周知，氮化鋁基片（DPC）主要是基于氧化鋁陶瓷基板發展起來的陶瓷表面金屬化技術。氮化鋁基片與氧化鋁基片相比具有更高的導熱特性，同時DPC基板具有銅箔的高導電特性，兩者結合制備的A1N-DPC基板具有優良的電絕緣性能，高熱導率，較高的附著強度，低介電常數、低介電損耗、耐高溫、抗冷熱沖擊能力等特性，是一種重要的電子線路基片材料，被廣泛應用于大功率電力電子模塊，如大功率DC／DC電源模塊、固態繼電器和功率模塊用封裝外殼中等領域。由于氮化硅的機械強度比其它陶瓷高，所以氮化硅陶瓷基板能夠幫助設計者在嚴苛的工作環境以及 HEV/EV 和其它可再生能源應用條件下實現至關重要的長壽命。

氮化硅陶瓷電路基板的特點：采用氮化硅制成的陶瓷基板的撓曲強度比采用Al2O3和 AlN 制成的基板高。Si3N4的斷裂韌性甚至超過了氧化鋯摻雜陶瓷Si3N4陶瓷基板，主要應用于電機動力系統中的電子元件上，陶瓷基板的可靠性一直受制于陶瓷較低的撓曲強度，而后者會降低熱循環能力。對于那些整合了極端熱和機械應力的應用（例如混合動力汽車和電動汽車 (HEV/EV) 而言，目前常用的氧化鋁陶瓷基板和氮化鋁陶瓷基板不是最佳選擇，氮化鋁陶瓷基板售價高，使用壽命短；氧化鋁陶瓷基板售價低，但是壽命更短，可靠性能不好。基板（陶瓷）和導體（銅）的熱膨脹系數存在很大差異，會在熱循環期間對鍵合區產生壓力，進而降低可靠性。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出一種制作氮化硅陶瓷電路基板的生產工藝，能夠適用于不同厚度的氮化硅陶瓷基板的生產，有利于降低陶瓷基板的生產成本，在陶瓷基板生產領域具有廣泛的應用價值。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種制作氮化硅陶瓷電路基板的生產工藝，其特征在于包括以下幾個步驟：

1）在氮化硅粉體中按比例加入燒結助劑，攪拌均勻得到粉體；

2）在得到的粉體中按比例加入有機溶劑后，經研磨混料，制成混合均勻的漿料；

所述漿料pH值為9-10，在行星球磨機中，混磨22h后出料，將其在-0.09Pa條件下真空攪拌除氣約1h，得到固體積含量56%-58%、流速小于30s、8h內不發生沉降的水基陶瓷料漿；

3）將所述水基陶瓷料漿通過噴凝制成陶瓷坯帶，并烘干成固體坯帶，將坯帶裁制成坯片；

4）將坯片送入燒結爐內燒結、冷卻后得到氮化硅陶瓷基板生坯；

5）研磨拋光：將所得氮化硅陶瓷基板生坯置于球磨機中進行0.5微米的氮化硅干粉研磨和拋光，方法如下：

a.粗磨：所用粗磨研磨劑中，金剛石顆粒的粒度10—80um，金剛石顆粒圓度為0.4—0.7；

b.精磨：所用精磨研磨劑中，金剛石顆粒的粒度為1—10um，金剛石顆粒圓度為0.7—0.8；

c.拋光磨：所用拋光磨研磨劑中，金剛石顆粒的粒度為0.01--1um，金剛石顆粒圓度為0.80—0.85；

所述粗磨研磨劑、精磨研磨劑和拋光磨研磨劑與研磨基質的質量比例為1：1—1：6,所述基質為水。

氮化硅陶瓷電路基板的原料按照質量百分比計，由如下組分組成，氮化硅粉體的含量為75%-90%，燒結助劑的含量為3%-5%，有機溶劑的含量為7%-20%；

所述的氮化硅粉體的純度在99%以上，平均粒徑為0.4-0.6mm；

所述的燒結助劑為氧化釔、氧化鈦、氮化鈦、氧化鋁中的一種或幾種；

所述的有機溶劑按質量百分比計，由如下組分組成：聚乙烯10%-15%，聚乙烯縮丁醛15%-18％，潤滑劑1%-5%，丙烯酰胺2.5%-10%，熱塑性彈性體O-10%，增塑劑1%-3%，余量為懸浮劑。

所述的懸浮劑以有機溶劑的總質量計算，JA-281分散劑10%-13%，N₁N¹-亞甲基雙丙烯酰胺懸浮劑1.25%-5%，去離子水12%-60%。

所述的增塑劑為丙三醇或乙二醇。

所述的粗磨研磨劑、精磨研磨劑和拋光磨研磨劑按質量百分比計，其組成都為：金剛石顆粒25%，分散劑74%，氧化鈰0.5%，三聚磷酸鈉0.5%。

所述的分散劑為檸檬酸銨。

本發明的有益效果是，能夠適用于不同厚度的氮化硅陶瓷基板的生產，有利于降低陶瓷基板的生產成本，在陶瓷基板生產領域具有廣泛的應用價值。成型生產效率高，且易于實現生產的連續化和自動化，可改善產品質量，實現大批量生產。