[發明專利]一種高強度高導熱氮化鋁陶瓷基板及其制備方法

有效

• 申請號: 201911269335.2
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN110736134B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 黨軍杰;郭軍;張浩;崔嵩;田晨光;孫登瓊;許海仙;史常東
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十三研究所
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10;F24D3/02;F24D3/10
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 張夢媚

本發明公開了一種高強度高導熱氮化鋁陶瓷基板及其制備方法，包括以下步驟：亞微米級高純度氮化鋁粉體、亞微米級氧化釔燒結助劑、粘結劑、溶劑和添加劑混合均勻；在中性或者還原氣氛下脫脂，脫脂后陶瓷素坯的總雜質含量控制在4.6～8.1%之間；將脫脂后的陶瓷素坯于1800～1950℃燒結4～100h后，再于1750～1950℃熱處理2?4h。本發明采用亞微米級的粉體配方結合雜質含量控制和細晶化兩步燒結方法，使得制備的氮化鋁基板的不僅熱導率高而且抗折強度更優異，解決了現有技術中高導熱氮化鋁陶瓷基板抗折強度不佳的技術問題。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料技術領域，具體涉及一種高強度高導熱氮化鋁陶瓷基板及其制備方法。

背景技術

隨著微電子技術的發展，芯片尺寸不斷的減小，使得各種電子設備將強大的功能集成到更小的組件中，再加上整機和系統的小型化、高性能、高密度、高可靠的要求。先進電子組件高密度和大功率的特點將會導致其發熱量急劇提高，功率耗散迅速增加，因此散熱能力已成為影響電子器件可靠性的最重要因素，高導熱的陶瓷基板成為未來的發展趨勢。

氮化鋁陶瓷材料，因其高的熱導率(理論值為320W/m.K)、低介電常數、無毒、優越的絕緣性能，與硅相匹配的熱膨脹系數，耐高溫和耐腐蝕，力學性能良好，被譽為新一代大功率微電子器件的理想基板材料。隨著氮化鋁陶瓷熱導率的提高，陶瓷抗彎強度不斷下降，目前批量化生產的氮化鋁陶瓷的熱導率主要集中在170W/m.k，抗折強度在400Mpa左右。日本丸和(https://www.maruwa-g.com)公開的氮化鋁陶瓷，當熱導率230W/m.k時，其抗折強度僅為200Mpa；關于高強度、高熱導(熱導率≥240W/m.k)氮化鋁陶瓷的報道較少。氮化鋁高導熱陶瓷的抗折強度降低，已經不能滿足在高可靠領域的應用，

因此需要尋找新的制備方法和工藝路徑來制備高導熱、高強度的氮化鋁陶瓷在滿足使用的需求。

根據僅有的已發表的涉及高強度、高熱導的氮化鋁陶瓷。其熱導率主要集中在220W/m.k以下，尤其集中在200W/m.k以下。比如：

專利號：CN 108863393A公開了一種高導熱和高強度的氮化鋁陶瓷的制備方法。采用納米氮化鋁粉體作為添加劑，壓制成型，脫脂，然后在1300-1500燒結1～5小時，然后在氮氣氣氛中1500～1800燒結3-10h，制備的陶瓷熱導率150W/m.k，抗折強度≥500Mpa。

專利號：CN 102826853 A一種高強度氮化鋁陶瓷基板及其制備方法，采用復合助燒劑作為添加劑，流延成型，采用氮氫混合氣的氣氛，燒結溫度1790～1890℃，制備的熱導率主要集中在160～180W/m.k，抗折強度小于500Mpa。

專利號：CN10741728A，一種低溫無壓燒結氮化鋁陶瓷的制備方法，采用復合燒結助劑，壓制成型，低溫無壓燒結1500～1650℃，保溫1～5h。制備高導熱氮化鋁陶瓷的熱導率≥200W/m.k，抗折強度≥300Mpa。

公開號：CN 1882517A，其公布了一種高導熱氮化鋁陶瓷燒結體，采用預燒結的方法，制備的陶瓷熱導率≥220W/m.k，抗折強度≥250Mpa，并規定了Al₂Y₄O₉的X射線的強度。

上述專利制備方法：采用復合助燒劑，壓制成型的方法，過程比較復雜，比如采用預燒結的方法制備，制備的熱導率比較低主要集中在220W/m.k及其以下。對于≥240W/m.k以上的高導熱氮化鋁陶瓷的抗折強度報道較少，并且抗折強度較低。

發明內容

有鑒于此，本發明有必要提供一種高強度高導熱氮化鋁陶瓷基板及其制備方法，采用亞微米級的粉體配方結合雜質含量控制和細晶化兩步燒結方法，使得制備的氮化鋁基板的不僅熱導率高而且抗折強度更優異，解決了現有技術中高導熱氮化鋁陶瓷基板抗折強度不佳的技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：