[發(fā)明專利]一種氮化硅電路基板材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910674489.3
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110395989B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙世鑫;張德權(quán);張亦馳;陳婧媛
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河南省電力公司方城縣供電公司
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622;C04B35/80;C04B35/64;C04B35/634;C04B35/632;H01L23/15;H05K1/03
• 代理公司: 鄭州知己知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41132
• 代理人: 楊小燕

本發(fā)明公開了一種氮化硅電路基板材料及其制備方法，屬于電路基板材料技術(shù)領(lǐng)域，由以下重量份數(shù)的原料制成：氮化硅50?60份、碳纖維15?22份、分散劑5?8份、表面活性劑6?10份、燒結(jié)助劑10?15份、偶聯(lián)劑3?8份、無水乙醇160?200份。本發(fā)明以氮化硅和碳纖維為原料，并用分散劑、表面活性劑、燒結(jié)助劑、偶聯(lián)劑等復(fù)合，經(jīng)混合、浸泡、攪拌、噴霧造粒、壓制成型、燒結(jié)、真空熱處理等工藝步驟，制備氮化硅電路基板材料，表現(xiàn)出良好的綜合性能：彎曲強度在23.2MPa以上，沖擊強度在17.3KJ/cm³以上，熱傳導(dǎo)系數(shù)為95.8 W/(m*K)以上，最高達到98.9 W/(m*K)，采用本發(fā)明的工藝，合格率到達96.3%以上，材料的合格率顯著提高，節(jié)約了原料，降低成產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路基板材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硅電路基板材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國高鐵、航天、軍工等領(lǐng)域的快速發(fā)展，未來對電力電子器件的需求也將越來越大。為了適應(yīng)更加復(fù)雜、苛刻的應(yīng)用條件，電力電子器件朝著高溫、高頻、低功耗以及智能化、模塊化、系統(tǒng)化方向發(fā)展，這對整個電子器件的散熱提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，而功率器件中基板的作用是吸收芯片產(chǎn)生的熱量，并傳到熱沉上，實現(xiàn)與外界的熱交換，所以制備高熱導(dǎo)率基板材料成為研發(fā)大功率模塊電子產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。如果芯片的熱量不能及時的散出去，就會影響芯片的性能，或者縮短芯片使用壽命甚至失效。因此，未來芯片發(fā)熱量高、熱應(yīng)變大、要求環(huán)保無污染等應(yīng)用狀況對散熱基板材料提出了更新、更高的要求。散熱基板材料要求具有低成本、高電絕緣性、高穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性及與芯片匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)、平整性和較高的強度等。為了滿足這些要求，人們將目光投向了金屬氧化物、陶瓷、聚合物、復(fù)合材料等,主要應(yīng)用的散熱基板材料有Al₂O₃ 、AlN、BeO、SiC、BN、Si等。金屬氧化物Al₂O₃，雖然具有機械強度高、耐熱沖擊和介質(zhì)損耗小等優(yōu)點，但因為具有較低的熱導(dǎo)率且高純氧化鋁難以燒結(jié)造價昂貴，故已不能滿足散熱基板材料的要求；BeO熱導(dǎo)率高，但其線膨脹系數(shù)與Si相差很大，高溫時熱導(dǎo)率急劇下降且制造時有毒，限制了其應(yīng)用范圍；BN雖然具有較好的綜合性能，但作為基板材料價格太昂貴，目前只處于研究和推廣之中；SiC具有高強度和高熱導(dǎo)率，但其電阻和絕緣耐壓值都較低，介電常數(shù)偏大，不宜作為基板材料。硅作為散熱基板材料加工困難，成本高；單一金屬材料具有導(dǎo)電及熱膨脹系數(shù)失配等問題，因此以上材料很難滿足散熱基板材料的苛刻要求，而且材料表面容易出現(xiàn)裂紋、針眼等缺陷。

公開號為CN109181296A的專利文獻公開了一種含有碳材料和氮化物的復(fù)合散熱材料及含有該散熱材料的LED燈。所述的復(fù)合散熱材料包含如下重量份的原料組分：尼龍50～80份；散熱劑30～60份；雙馬來酰亞胺1～3份；硅烷偶聯(lián)劑0.5～2份；抗氧劑0.1～2份；潤滑劑0.1～1份。所述的散熱材料具有優(yōu)異的散熱性能，其可以作為大功率的LED燈的散熱材料使用。該散熱材料中，散熱劑為碳納米管、氮化硼、珍珠巖、氮化鋁等成分，材料的制備方法是將各原料混合，擠出，造粒，檢測到熱傳導(dǎo)系數(shù)最高僅有11.5 W/(m*K)，散熱效果不理想。

公開號為CN105384445A的專利文獻公開了一種陶瓷散熱材料及其在散熱基板中的應(yīng)用。該發(fā)明所述的陶瓷散熱材料，按重量份數(shù)計，包括氮化硅粉40~55份、石英粉10~20份、三聚氰胺3~8份、羥甲基纖維素3~6份、聚乙烯醇8~12份和燒結(jié)助劑5~10份。該散熱材料將各種原料球磨、膠凝、燒結(jié)等工藝步驟制得，機械性能有待提高，而且材料表面缺陷比較嚴重，合格率低。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種氮化硅電路基板材料及其制備方法，具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和機械性能，散熱效果好，顯著提高了產(chǎn)品的合格率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種氮化硅電路基板材料，由以下重量份數(shù)原料制成：氮化硅50-60份、碳纖維15-22份、分散劑5-8份、表面活性劑6-10份、燒結(jié)助劑10-15份、偶聯(lián)劑3-8份、無水乙醇160-200份。