[發(fā)明專利]一種氮化硅陶瓷基板及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202310237258.2
• 申請日: 2023-03-13
• 公開（公告）號: CN116462515A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江楠;鄧開;宋經(jīng)緯;李牧遠;何帆
• 申請（專利權(quán)）人: 樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/632;C04B35/634;C04B35/636
• 代理公司: 北京誠呈知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11883
• 代理人: 楊凌波

本發(fā)明公開了一種氮化硅陶瓷基板及其制備方法。所述氮化硅陶瓷基板由如下重量份數(shù)的原料制成：氮化硅粉體50?150份、有機溶劑30?100份、粘合劑10?15份、表面活性劑1?3份、增塑劑3?10份、燒結(jié)助劑5?15份、分散劑3?6份。本發(fā)明制備的氮化硅陶瓷斷裂韌性好、導(dǎo)熱性能強，克服了現(xiàn)有的氮化硅陶瓷力學(xué)性能與導(dǎo)熱性不能兼顧的問題；采用腐殖酸鈉和鄰苯二甲酸丁芐酯復(fù)合增塑劑，提高了材料的斷裂韌性；采用硅化石墨與氯化鑭復(fù)合燒結(jié)助劑，提高了材料的散熱性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硅陶瓷基板及其制備方法。

背景技術(shù)

基板材料被廣泛運用于汽車、航空及電子信息等行業(yè)，氮化硅基板材料因具有強度高、硬度大、導(dǎo)熱高、熱膨脹系數(shù)小、高溫蠕變小、抗氧化性能好、熱腐蝕性能好、摩擦系數(shù)小等諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。

隨著集成電路工業(yè)的發(fā)展，電力電子器件正朝著高電壓、大電流、大功率密度、小尺寸的方向發(fā)展；因此，高效的散熱系統(tǒng)是高集成電路必不可少的一部分。

氮化硅陶瓷中的熱傳導(dǎo)主要是由聲子將熱振動在Si₃N₄晶粒間傳遞完成的。因此，如果Si₃N₄晶粒中存在諸如空位、間隙原子、取代原子、位錯、氣孔等缺陷，就會加大對聲子的散射，降低聲子運動的平均自由程，從而降低陶瓷熱導(dǎo)率。所以盡量降低Si₃N₄陶瓷中的缺陷是提高熱導(dǎo)率的有效途徑。20世紀70年代，有人將MgO添加到Si₃N₄粉末中，在高溫下采用單軸加壓的燒結(jié)方法制得了相對密度大于95％的Si₃N₄陶瓷，從此MgO就開始普遍被選作氮化硅陶瓷的燒結(jié)助劑。隨著研究的深入，又開發(fā)出Al₂O₃燒結(jié)助劑、稀土氧化物燒結(jié)助劑，但是，氮化硅粉體原料和這些燒結(jié)助劑含氧，含氧會造成氮化硅陶瓷產(chǎn)生晶格缺陷，在諸多晶格缺陷中，晶格氧是影響氮化硅陶瓷熱導(dǎo)率的主要缺陷之一。

隨著電子電力芯片的應(yīng)用逐年擴大，顛簸振蕩的工作環(huán)境也對提供承載和散熱功能的基板材料提出了更為苛刻的要求，目前廣泛使用的高導(dǎo)熱AlN陶瓷基板，雖然導(dǎo)熱率較高，但是其斷裂韌性較低。氮化硅陶瓷雖然有較強的斷裂韌性，但在提高其導(dǎo)熱性能的同時往往會降低其斷裂韌性，仍然需要進一步改進配方或者制備工藝，增強其斷裂韌性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氮化硅陶瓷基板及其制備方法。

一種氮化硅陶瓷基板，由如下重量份數(shù)的原料制成：氮化硅粉體50-150份、有機溶劑30-100份、粘合劑10-15份、表面活性劑1-3份、增塑劑3-10份、燒結(jié)助劑5-15份、分散劑3-6份。

所述有機溶劑為乙醇、丙醇、異丙醇、乙酸乙酯、聚乙二醇中的一種或幾種。

所述粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛、乙基纖維素、石蠟、糊精中的一種或幾種。

所述表面活性劑為硬脂酸或油酸。

所述增塑劑為腐殖酸鈉和鄰苯二甲酸丁芐酯按照質(zhì)量比2：1混合的混合物。

所述燒結(jié)助劑為硅化石墨與氯化鑭按照質(zhì)量比1：1混合的混合物。

所述分散劑為鯡魚油、蓖麻油、松油醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚醚酰亞胺、三油酸甘油酯、磷酸脂中的一種或幾種。

所述氮化硅陶瓷基板的制備方法，按照如下步驟進行：

(1)按照重量份數(shù)，取有機溶劑20-70份、粘合劑10-15份、增塑劑3-10份、表面活性劑1-3份加入到容器中攪拌均勻，制成有機膠；