高导热氮化硅基片的制造方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷散热基板制造技术领域，具体的说是一种抗弯强度高、导热率高，特别适用于未来功率电驱动模块的高导热氮化硅基片的制造方法，其特征在于将92.5%‑97.5%的氮化硅陶瓷粉料与2.5%‑7.5%的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃，所得物料经搅拌磨24‑48H研细成混合粉料，取混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料，注射成型后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2‑4MPa、最高温度1200℃‑1400℃脱胶，半成品在6‑7MPa氮气压力下，1850℃‑1890℃烧结2‑4小时；然后在5 MPa氮气压力下，退火获得成品，本发明专利技术与现有技术相比，具有操作简便，生产效率高，产品性能稳定等显著的优点。

Manufacturing method of silicon nitride substrate with high thermal conductivity

The invention relates to the technical field of manufacturing ceramic heat dissipation substrates, in particular to a method of manufacturing high thermal conductivity silicon nitride substrates with high flexural strength and high thermal conductivity, especially suitable for future power electric drive modules. The method is characterized in that 92.5%97.5% silicon nitride ceramic powder and 2.5%7.5% magnesium nitrate Mg(NO3)2 are used in industrial alcohol. The mixture is fully mixed, and the obtained mixture is co-fired under N2 pressure. The highest temperature is 800 C. The obtained material is ground into mixed powder by agitation mill for 24 48H. The mixed powder is fully mixed with magnesium oxide and yttrium trioxide. The obtained material is stirred and ground for 24H, and fined into high thermal conductivity silicon nitride substrate material. After injection moulding, it is processed. Pressure and high temperature degumming treatment, through N2 pressure 2 4 MPa, maximum temperature 1200 1400, semi-finished products sintered at 6 7 MPa nitrogen pressure at 1850 1890 C for 2 4 hours, and then annealed at 5 MPa nitrogen pressure to obtain finished products. Compared with the existing technology, the present invention has the advantages of simple operation, high production efficiency and product quality. Obvious advantages such as stable performance.

【技术实现步骤摘要】
高导热氮化硅基片的制造方法
本专利技术涉及陶瓷散热基板制造
，具体的说是一种抗弯强度高、导热率高，特别适用于未来功率电驱动模块的高导热氮化硅基片的制造方法。
技术介绍
众所周知，环境污染问题越来越严重，为此全球一百多个国家和地区响应联合国的号召，制定出在2025年前后停止生产销售燃烧矿物质油料的机动车，而投入强有力的研发，生产销售各种电力驱动的机动车，减少排放污染。主要包括：EV（electricvehicle）电动汽车，BEV（batteryelectricvehicle）电池动力汽车，HEV（hybridelectricvehicle）混合动力汽车，PHEV（Plug-inhybridelectricvehicle）插电式混合动力车，EREV（extended-rangeelectricvehicle）增程式电动汽车，FCV（fuelcellvehicle）燃料电池汽车。目前高铁、飞机、轮船也在向电驱动发展。电驱动就是控制电动机转动。而控制驱动电动机就是使用IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）绝缘栅双极型晶体管复合全控型电压驱动式功率半导体器件。使用数字信号控制IGBT模块对电机进行驱动，驱动功率小，饱和压降低，开关速度快。是电动设备是首选。但是IGBT模块电极电流增大时，可产生的额定损耗亦变大。开关损耗增大，器件发热加剧，必须把产生的热量尽快导出。使用陶瓷散热基板可以很好的解决散热问题。陶瓷基板在高温时保持良好的绝缘特点，但强度不高。目前常用的陶瓷基板是AL2O3（氧化铝）和ALN（氮化铝），AL2O3基板价格低、导热率在20W/mk左右、抗弯强度<500MPa、断裂韧性<6.5MPa/m1/2；ALN基板导热率在120W/mk左右、抗弯强度<300MPa、断裂韧性<7MPa/m1/2，由于这两种陶瓷基板的强度都不高，故一直在制约着IGBT功率模块的可靠性，因此AL2O3与ALN基板不是最佳选择。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种抗弯强度高、导热率高，特别适用于未来功率电驱动模块的高导热氮化硅基片的制造方法。本专利技术可以通过以下措施达到：一种高导热氮化硅基片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：配料，将92.5%-97.5%的氮化硅陶瓷粉料与2.5%-7.5%的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%；步骤2：将步骤1中获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃；步骤3：将步骤2所得物料经搅拌磨24-48H研细成混合粉料；步骤4：取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，其中混合粉料90-96%、氧化镁（MgO）2-8%、三氧化二钇（Y2O3）1-3%；步骤5：将步骤4获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料；步骤6：将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型，然后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2-4MPa、最高温度1200℃-1400℃脱胶；步骤7：将步骤6中获得的半成品在6-7MPa氮气压力下，1850℃-1890℃烧结2-4小时；然后在5MPa氮气压力下，1810℃-1850℃退火3-4小时，获得成品。本专利技术步骤1中氮化硅陶瓷粉料与硝酸镁Mg(NO3)2的配比优选为95%的氮化硅陶瓷粉料，以及5%的硝酸镁Mg(NO3)2。本专利技术所述步骤3中物料研磨细度范围为0.5-0.7μm。本专利技术所述步骤4中各组分配比优选为混合粉料93%、氧化镁（MgO）5%、三氧化二钇（Y2O3）2%。本专利技术所述步骤5中物料研磨细度范围为0.3-0.5μm。本专利技术步骤1中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量优选为96.5%，β相氮化硅粉体3.5%。本专利技术获得的高导热氮化硅基板抗弯强度>800MPa、导热率>110W/mk、断裂韧性7.78MPa/m1/2，是功率电驱动的首选，本专利技术与现有技术相比，具有操作简便，生产效率高，产品性能稳定等显著的优点。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1：一种高导热氮化硅基片的制造方法，其中包括以下步骤：步骤1：配料，将94%的氮化硅陶瓷粉料与6%的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%；步骤2：将步骤1中获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃；步骤3：将步骤2所得物料经搅拌磨24-48H研细成混合粉料；步骤4：取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，其中混合粉料94%、氧化镁（MgO）5%、三氧化二钇（Y2O3）1%；步骤5：将步骤4获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料；步骤6：将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型，然后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2-4MPa、最高温度1200℃-1400℃脱胶；步骤7：将步骤6中获得的半成品在6-7MPa氮气压力下，1850℃-1890℃烧结2-4小时；然后在5MPa氮气压力下，1810℃-1850℃退火3-4小时，获得成品。实施例2：一种高导热氮化硅基片的制造方法，其中包括以下步骤：步骤1：配料，将95%的氮化硅陶瓷粉料与5%的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94%；步骤2：将步骤1中获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃；步骤3：将步骤2所得物料经搅拌磨24-48H研细成混合粉料；步骤4：取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，其中混合粉料93%、氧化镁（MgO）5%、三氧化二钇（Y2O3）2%；步骤5：将步骤4获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料；步骤6：将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型，然后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2-4MPa、最高温度1200℃-1400℃脱胶；步骤7：将步骤6中获得的半成品在6-7MPa氮气压力下，1850℃-1890℃烧结2-4小时；然后在5MPa氮气压力下，1810℃-1850℃退火3-4小时，获得成品。本专利技术获得的高导热氮化硅基板抗弯强度>800MPa、导热率>110W/mk、断裂韧性7.78MPa/m1/2，是功率电驱动的首选，本专利技术与现有技术相比，具有操作简便，生产效率高，产品性能稳定等显著的优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热氮化硅基片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：配料，将92.5％‑97.5％的氮化硅陶瓷粉料与2.5％‑7.5％的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94％；步骤2：将步骤1中获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃；步骤3：将步骤2所得物料经搅拌磨24‑48H研细成混合粉料；步骤4：取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，其中混合粉料90‑96％、氧化镁(MgO)2‑8％、三氧化二钇(Y2O3)1‑3％；步骤5：将步骤4获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料；步骤6：将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型，然后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2‑4MPa、最高温度1200℃‑1400℃脱胶；步骤7：将步骤6中获得的半成品在6‑7MPa氮气压力下，1850℃‑1890℃烧结2‑4小时；然后在5MPa氮气压力下，1810℃‑1850℃退火3‑4小时，获得成品。

【技术特征摘要】
1.一种高导热氮化硅基片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：配料，将92.5％-97.5％的氮化硅陶瓷粉料与2.5％-7.5％的硝酸镁Mg(NO3)2在工业酒精中充分混合，其中氮化硅陶瓷粉料中氮化硅粉体的α相氮化硅含量>94％；步骤2：将步骤1中获得的混合物在N2气压下进行共烧，最高温度800℃；步骤3：将步骤2所得物料经搅拌磨24-48H研细成混合粉料；步骤4：取步骤3中的混合粉料与氧化镁、三氧化二钇充分混合，其中混合粉料90-96％、氧化镁(MgO)2-8％、三氧化二钇(Y2O3)1-3％；步骤5：将步骤4获得的物料搅拌并研磨24H，研细成高导热氮化硅基板料；步骤6：将步骤5中获得的物料根据产品要求注射成型，然后进行加压高温脱胶处理，经N2气压力2-4MPa、最高温度1200℃-1400℃脱胶；步骤7：将步骤6中获得的半成品在6-7MPa氮气压力下，1850℃-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟丽丽，
申请(专利权)人：威海麒达特种陶瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37