[發明專利]一種氮化鋁陶瓷的低溫燒結助劑體系

有效

• 申請號: 201710503152.7
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107365155B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張景賢;李曉光;江東亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/581
• 分類號: C04B35/581;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種氮化鋁陶瓷的低溫燒結助劑體系，所述低溫燒結助劑體系包括組分A和組分B；所述組分A為TiO₂、ZrO₂、HfO₂中的至少一種；所述組分B為V₂O₅、Nb₂O₅、Ta₂O₅中的至少一種。本發明提出的燒結助劑方案，和目前文獻報道的方案相比，可以在較短的時間內實現材料的致密化進程，工藝簡單可靠，而且可以得到較高的熱導率。

技術領域

本發明針對氮化鋁陶瓷燒結溫度高、燒結時間長、成本高的難題，提出一種燒結溫度低、保溫時間短、可以有效實現致密化的燒結助劑體系，屬于陶瓷的制備工藝和應用領域。

背景技術

隨著現代科技的發展，特別是電子封裝技術的發展，電力電子器件集成度的增加，以及LED照明的應用，散熱成為亟待解決的關鍵問題。如果產生的熱量不能及時散掉，則會引起半導體芯片溫度上升，導致電子器件性能不穩定，或者LED結溫上升，導致發光效率下降，壽命縮短。目前散熱問題已經成為制約電力電子部件和大功率LED應用的關鍵。常用的基板材料有Al₂O₃、BeO、SiC和AlN。A1₂O₃陶瓷是目前應用最為成熟的陶瓷基片材料，其價格低廉，耐熱沖擊性和電絕緣性能較好，制作和加工技術成熟，因而使用最廣泛，占陶瓷基片材料的90％。但Al₂O₃的熱導率只有22-28W/m·K左右，遠遠不能滿足大功率LED的散熱需求。碳化硅(SiC)陶瓷的導熱率高，熱膨脹系數與Si最為相近，但其絕緣性差，且燒結困難，難以制得致密的產品。雖然通過添加少量的氧化鈹燒結助劑并采用熱壓燒結的方法可以獲得高導熱的SiC基片(270W/m·K)，但其損耗大，且熱壓成本高，限制了其發展和大批量應用。BeO陶瓷是目前導熱性能最好的陶瓷基板材料，其綜合介電性能良好，但其熱導率隨溫度上升會大幅下降，此外BeO毒性較大，限制了其使用，目前在日本已經不允許BeO生產，在歐洲也已開始限制含BeO的電子產品。

AlN陶瓷是被國內外專家一致看好的一種新型封裝材料，它具有優良的電熱性能。與氧化鋁相比，氮化鋁具有高的熱導率，是氧化鋁的5～10倍，適應于高功率、高引線和大尺寸芯片；它的熱膨脹系數與硅匹配，介電常數較低；材質機械強度高。AlN陶瓷作為高熱導、高密封材料有很大的發展潛力，是陶瓷封裝材料研究的重要發展方向。人們預計，在基片和封裝兩大領域，AlN陶瓷最終將取代目前的Al₂O₃和BeO陶瓷。

但是，由于氮化鋁粉體成本較高，燒結困難，造成氮化鋁基片的成本居高不下，無法滿足LED產業低成本、批量化的應用需求。目前國產的氮化鋁粉體價格較低，雖然氧含量較高，但是已經可以滿足LED的應用需求，關鍵的問題是降低燒結成本。