CN116252385A - 一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺。将通过非水基体系流延成型制备得到的氮化铝流延坯片进行裁剪，得到单元坯片；在单元坯片表面通过丝网印刷的方式涂覆一层浆料，浆料采用氮化铝粉、烧结助剂、分散剂、粘结剂和溶剂按照比例配置而成；将多个单元坯片上下叠层摆放至热压炉中；热压炉在加热条件下对单元坯片施加轴向压力，将多个单元坯片热压粘合，得到氮化铝陶瓷厚基板。本发明通过在单元坯片表面涂覆一层组分相近的浆料，在对多层单元坯片叠层热压处理时，多层单元坯片充分粘结在一起得到厚基板，提高了基板力学性能，在干燥过程中，不会因为基板厚度太薄而产生开裂、变形、起皮等问题，提高了氮化铝陶瓷厚基板的质量。
Description
技术领域：
本发明属于氮化铝陶瓷基板技术领域，特别涉及一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺。
背景技术：
随着现代电子技术朝着高电压、大电流、高频方向迅猛发展，集成电路的散热问题变得愈发严重。研究表明氮化铝的理论热导率可以达到319W/(m·k)，具有优异的导热能力。此外，氮化铝还具有良好的耐腐蚀能力、优良的介电性能以及与Si相匹配的热膨胀系数等优点。因此，氮化铝是一种优良的电子封装散热材料。
氮化铝材料有如此多适用于电子封装用优点，是一种极具竞争力的功率器件用的陶瓷基板材料。目前，高性能氮化铝陶瓷基板的成型工艺主要依靠的是流延成型工艺。流延成型具有工艺简单、效率高和连续性强等优点，已广泛应用于各种制造行业。然而，高性能氮化铝陶瓷基板的厚板成型工艺是限制其发展的重要瓶颈。在流延成型工艺中，在干燥环节，陶瓷薄片往往容易存在开裂、变形和起皮等缺陷，导致目前成熟的氮化铝陶瓷基板的流延技术仅能有效制备0.8mm以下的氮化铝陶瓷流延片。因此，急需一种可以有效解决氮化铝陶瓷厚基板成型制备的工艺。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，通过多层流延片热压形成厚基板，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其步骤为：
S01、将通过非水基体系流延成型制备得到的氮化铝流延坯片进行裁剪，得到单元坯片；
S02、在单元坯片表面通过丝网印刷的方式涂覆一层浆料，浆料采用质量占比组分为20～50％的氮化铝粉、0.2～1.8％的烧结助剂、0.02～0.6％的分散剂、0.2～3.6％的粘结剂、50～80％的溶剂配置而成；
S03、将多个单元坯片上下叠层摆放至热压炉中；
S04、热压炉在加热条件下对单元坯片施加轴向压力，浆料中的粘结剂受热后软化与单元坯片粘结，相邻单元坯片间的浆料互相粘结，将多个单元坯片热压粘合，得到氮化铝陶瓷厚基板。
优选地，技术方案中，步骤S01中氮化铝流延坯片厚度为0.1-0.8mm。
优选地，技术方案中，步骤S02中，烧结助剂为Y2O3、La2O3、CeO2中的一种；分散剂为蓖麻油或鱼油；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛树脂；溶剂为酒精和丁酮的混合液。
优选地，技术方案中，浆料采用质量占比组分为30％的氮化铝粉、1％的Y2O3粉、0.1％的鱼油、1％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、67.9％的酒精和丁酮的混合液配置而成。
优选地，技术方案中，浆料采用质量占比组分为40％的氮化铝粉、1.2％的CeO2粉、0.2％的蓖麻油、1.6％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、57％的酒精和丁酮的混合液配置而成。
优选地，技术方案中，步骤S02中，浆料涂覆的厚度为0.1～1mm。
优选地，技术方案中，步骤S03中，多个单元坯片上下叠层摆放的时间小于3min，以避免浆料迅速变干。
优选地，技术方案中，步骤S03中，多个单元坯片为2-5片。
优选地，技术方案中，步骤S04中，热压炉内在大于100℃的温度下，对单元坯片施加大于100MPa的轴向压力，保压时间大于1min。
优选地，技术方案中，氮化铝陶瓷厚基板的厚度为0.2-5mm。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
通过在单元坯片表面涂覆一层组分相近的浆料，在对多层单元坯片叠层热压处理时，多层单元坯片充分粘结在一起得到厚基板，提高了基板力学性能，在干燥过程中，不会因为基板厚度太薄而产生开裂、变形、起皮等问题，提高了氮化铝陶瓷厚基板的质量。
附图说明：
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
将流延成型后厚度为0.5mm的氮化铝陶瓷坯片裁剪成30cm×30cm尺寸的单元坯片，在裁剪后的单元坯片表面通过丝网印刷涂覆浆料，浆料厚度为0.3mm，该浆料的质量占比组分为30％的氮化铝粉、1％的Y2O3粉、0.1％的鱼油、1％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、67.9％的酒精和丁酮的混合液。
浆料涂覆完成后，在3分钟内将3层涂覆好浆料的单元坯片叠层摆放至热压炉中。热压炉将压头加热至150℃，对单元坯片轴向加压，压力为150MPa，浆料中的聚乙烯醇缩丁醛树脂受热后软化与单元坯片粘结，相邻单元坯片间的浆料互相粘结，将多个单元坯片热压粘合，保压时间为2min，制得氮化铝陶瓷厚基板。
通过上述工艺所制备的氮化铝陶瓷厚基板，厚度可达到2mm左右，由于浆料组分的配比与单元坯片组分的配比相近，单元坯片间粘合效果好，内部未见到开裂和分层现象，经过适合的排胶和烧结工艺，氮化铝陶瓷厚基板内部无缺陷，致密度达到99.1％。
实施例2
将流延成型后厚度为0.4mm的氮化铝陶瓷坯片裁剪成40cm×40cm尺寸的单元坯片，在裁剪后的单元坯片表面通过丝网印刷涂覆浆料，浆料厚度为0.9mm，该浆料的质量占比组分为40％的氮化铝粉、1.2％的CeO2粉、0.2％的蓖麻油、1.6％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、57％的酒精和丁酮的混合液。
浆料涂覆完成后，在3分钟内将3层涂覆好浆料的单元坯片叠层摆放至热压炉中。热压炉将压头加热至150℃，对单元坯片轴向加压，压力为200MPa，浆料中的聚乙烯醇缩丁醛树脂受热后软化与单元坯片粘结，相邻单元坯片间的浆料互相粘结，将多个单元坯片热压粘合，保压时间为3min，制得氮化铝陶瓷厚基板。
通过上述工艺所制备的氮化铝陶瓷厚基板，厚度可达到1.7mm左右，由于浆料组分的配比与单元坯片组分的配比相近，单元坯片间粘合效果好，内部未见到开裂和分层现象，经过适合的排胶和烧结工艺，氮化铝陶瓷厚基板内部无缺陷，致密度达到99.3％。
实施例3
将流延成型后厚度为0.3mm的氮化铝陶瓷坯片裁剪成30cm×40cm尺寸的单元坯片，在裁剪后的单元坯片表面通过丝网印刷涂覆浆料，浆料厚度为0.2mm，该浆料的质量占比组分为70％的氮化铝粉、6％的Y2O3粉、0.2％的鱼油、6％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、30％的酒精和丁酮的混合液。
浆料涂覆完成后，在3分钟内将4层涂覆好浆料的单元坯片叠层摆放至热压炉中。热压炉将压头加热至60℃，对单元坯片轴向加压，压力为100MPa，浆料中的粘结剂受热后软化与单元坯片粘结，相邻单元坯片间的浆料互相粘结，将多个单元坯片热压粘合，保压时间为3min，制得氮化铝陶瓷厚基板。
通过上述工艺所制备的氮化铝陶瓷厚基板，厚度可达到1.8mm左右，由于浆料组分的配比与单元坯片组分的配比差异较大，单元坯片间粘合效果并不好，内部出现开裂和分层现象，经过适合的排胶和烧结工艺，氮化铝厚基板内部有明显缺陷，致密度达到79.3％。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其步骤为：
S01、将通过非水基体系流延成型制备得到的氮化铝流延坯片进行裁剪，得到单元坯片；
S02、在单元坯片表面通过丝网印刷的方式涂覆一层浆料，浆料采用质量占比组分为20～50％的氮化铝粉、0.2～1.8％的烧结助剂、0.02～0.6％的分散剂、0.2～3.6％的粘结剂、50～80％的溶剂配置而成；
S03、将多个单元坯片上下叠层摆放至热压炉中；
S04、热压炉在加热条件下对单元坯片施加轴向压力，浆料中的粘结剂受热后软化与单元坯片粘结，相邻单元坯片间的浆料互相粘结，将多个单元坯片热压粘合，得到氮化铝陶瓷厚基板。
2.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其特征在于：步骤S01中氮化铝流延坯片厚度为0.1-0.8mm。
3.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其特征在于：步骤S02中，烧结助剂为Y2O3、La2O3、CeO2中的一种；分散剂为蓖麻油或鱼油；粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛树脂；溶剂为酒精和丁酮的混合液。
4.根据权利要求3所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其特征在于：步骤S02中，浆料采用质量占比组分为30％的氮化铝粉、1％的Y2O3粉、0.1％的鱼油、1％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、67.9％的酒精和丁酮的混合液配置而成。
5.根据权利要求3所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺，其特征在于：步骤S02中，浆料采用质量占比组分为40％的氮化铝粉、1.2％的CeO2粉、0.2％的蓖麻油、1.6％的聚乙烯醇缩丁醛树脂、57％的酒精和丁酮的混合液配置而成。
6.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺的使用方法，其特征在于：步骤S02中，浆料涂覆的厚度为0.1～1mm。
7.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺的使用方法，其特征在于：步骤S03中，多个单元坯片上下叠层摆放的时间小于3min。
8.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺的使用方法，其特征在于：步骤S03中，多个单元坯片为2-5片。
9.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺的使用方法，其特征在于：步骤S04中，热压炉内在大于100℃的温度下，对单元坯片施加大于100MPa的轴向压力，保压时间大于1min。
10.根据权利要求1所述的氮化铝陶瓷厚基板的成型制备工艺的使用方法，其特征在于：氮化铝陶瓷厚基板的厚度为0.2-5mm。
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