[發(fā)明專利]高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011433823.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112608153B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李康;雷君;王彬彬;黃紅衛(wèi)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富耐克超硬材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/5835
• 分類號(hào): C04B35/5835;C04B35/5831;C04B35/628;C04B35/645
• 代理公司: 鄭州德勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41128
• 代理人: 王莉

本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板，它為PCBN復(fù)合片，主要由CBN微粉和包覆在所述CBN微粉表面的AlN膜組成的AlN包覆的CBN粉體通過(guò)高溫高壓燒結(jié)而成。本發(fā)明還提供一種上述高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板的制備方法。上述高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板中，由于在所述AlN包覆的CBN粉體中，所述AlN膜均勻包覆在所述CBN微粉表面，同時(shí)AlN與CBN之間結(jié)合緊密，所述高溫高壓合成PCBN后AlN與CBN之間的界面熱阻小，使得所述PCBN復(fù)合片的熱導(dǎo)率達(dá)到300 W/(m·k)以上，且彎曲強(qiáng)度達(dá)到600 MPa以上，從而使得所述PCBN復(fù)合片成為一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板的材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及散熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)高鐵、航天、軍工等領(lǐng)域的快速發(fā)展，未來(lái)對(duì)大功率電力電子器件的需求也越來(lái)越大，為了適用更加復(fù)雜、苛刻的應(yīng)用條件，大功率電力電子器件朝著高溫、高頻、模塊化、系統(tǒng)化發(fā)展，如此，對(duì)散熱基板材料提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。常用的散熱基板有AlN基板、Al₂O₃基板、Si₃N₄基板等。AlN基板熱導(dǎo)率高，然而機(jī)械性能差，無(wú)法承受多次熱循環(huán)，使用壽命短。Al₂O₃基板和Si₃N₄基板雖然機(jī)械性能優(yōu)異，但熱導(dǎo)率低，無(wú)法滿足大功率器件的需求。市場(chǎng)上現(xiàn)有基板材料的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能無(wú)法同時(shí)滿足大功率電子器件要求，如何把散熱基板做到導(dǎo)熱率大于150W/(m·k)，抗彎強(qiáng)度大于500MPa，已成散熱基板研究領(lǐng)域的重中之重。

立方氮化硼（CBN）有較好的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能，AlN導(dǎo)熱性能優(yōu)異，CBN和AlN的復(fù)合材料理論上可以兼具優(yōu)異的熱導(dǎo)率和機(jī)械性能，是散熱基板的理想材料。為此，董小琳于2018年3月27日申請(qǐng)的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN108516836A中公開(kāi)了一種氮化鋁陶瓷基板的制備方法，該制備方法包括將氮化硼粉體和改性劑分散在第一溶劑中，得到氮化硼混合溶液，再將混合溶液倒入砂磨機(jī)中，高速處理后，干燥破碎研磨后得到改性氮化硼；將氮化鋁超細(xì)粉、改性氮化硼、燒結(jié)助劑、粘接劑以及第二溶劑通過(guò)高分子混料設(shè)備混合均勻后得到燒結(jié)漿料；將燒結(jié)漿料經(jīng)過(guò)真空脫泡機(jī)脫泡處理后，通過(guò)流延機(jī)，得到一定厚度的流延帶；將流延帶經(jīng)沖切、層壓、排膠和1000～1500℃下燒結(jié)2～6 h后得到致密的氮化鋁陶瓷基板。該發(fā)明專利申請(qǐng)利用立方氮化硼導(dǎo)熱率達(dá)到600W/m·K，且氮化鋁在超過(guò)900℃時(shí)能促進(jìn)六方氮化硼向立方氮化硼轉(zhuǎn)變的特性，在燒結(jié)助劑的幫助下，超過(guò)900℃燒結(jié)漿料，得到均勻致密的高導(dǎo)熱含有立方氮化硼的氮化鋁基板，導(dǎo)熱率可以達(dá)到220 W/(m·k)，但并未記載該氮化鋁基板的抗彎強(qiáng)度。

因此，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于≥240W/m·k以上的高導(dǎo)熱的氮化鋁陶瓷的抗彎強(qiáng)度報(bào)道較少，現(xiàn)有技術(shù)中幾乎沒(méi)有關(guān)于導(dǎo)熱率≥240W/m·k且抗彎強(qiáng)度＞500MPa的高導(dǎo)熱高強(qiáng)度氮化鋁基板的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明確有必要提供一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板及其制備方法，以克服上述問(wèn)題。

為此，本發(fā)明提出了一種高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板，其中，它為PCBN（聚晶立方氮化硼）復(fù)合片，主要由CBN微粉和包覆在所述CBN微粉表面的AlN膜組成的AlN包覆的CBN粉體通過(guò)高溫高壓燒結(jié)而成。

優(yōu)選地，所述高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板為邊長(zhǎng)為20～40 mm的正方形或長(zhǎng)方形，其厚度為0.64～2.0 mm。

基于上述，所述CBN微粉的粒度小于等于35 μm，所述AlN膜的厚度為0.8～3 μm。優(yōu)選地，所述AlN膜的厚度為0.8～2.6 μm。

基于上述，所述CBN微粉包括質(zhì)量比4～1 : 1的粒度15～35 μm的CBN微粉和粒度1～6 μm的CBN微粉。

本發(fā)明還提供一種上述高導(dǎo)熱高強(qiáng)度散熱基板的制備方法，包括步驟：