一种高强度陶瓷基板、其制备方法以及生产线技术

本发明专利技术公开了一种高强度陶瓷基板，由陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂制成，所述陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂的重量比为1∶0.08‑0.15∶0.01‑0.03∶0.03‑0.06∶0.5‑0.8；其中所述陶瓷粉料由氧化铝粉和氧化锆粉组成，陶瓷粉料中氧化锆粉的含量为3‑30wt％；同时公开了陶瓷基板的生产方法和所需的生产线。本发明专利技术陶瓷基板具有优良的机械强度，抗弯强度高，良好的导热特性，高温环境下稳定性稳定，可加工成各种复杂形状。本发明专利技术制备方法简单，工序少，得到的基板组织非常均匀、致密、抗弯强度高、表面光洁，成本低。本发明专利技术的生产线简单，不占用空间，适合工业使用。

High strength ceramic substrate, preparation method and production line thereof

The invention discloses a high strength ceramic substrate, plasticizer and solvent made of ceramic powder, binder, dispersing agent, and the ceramic powder, dispersant, binder, plasticizer and solvent weight ratio of 1 to 0.08 0.15: 0.01 0.03: 0.06: 0.03 0.5 0.8; wherein the ceramic powder composed of alumina and zirconia powder, zirconium oxide powder content of ceramic powder in 3 30wt%; also discloses the method for producing ceramic substrate and production line required. The ceramic substrate of the invention has the advantages of excellent mechanical strength, high bending strength, good thermal conductivity, stable stability under high temperature, and can be processed into various complex shapes. The preparation method has the advantages of simple preparation method, few working procedures, uniform and compact structure, high bending strength, smooth surface and low cost. The production line of the invention is simple, does not occupy space, and is suitable for industrial use.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷基板
，具体涉及一种高强度陶瓷基板、其制备方法以及生产线。
技术介绍
在大功率、高密度封装中，电子元件及芯片等在运行过程中产生的热量主要通过陶瓷基板散发到环境中，所以陶瓷基板在散热过程中担当了重要的角色。Al2O3陶瓷导热率相对较低，在大功率、高密度封装器件运行时须强制散热才可满足要求。BeO陶瓷导热性能最好，但因环保问题，基本上被淘汰。SiC陶瓷金属化后键合不稳定，作为绝缘基板用时，会引起热导率和介电常数的改变。AlN陶瓷具有高的导热性能，适用于大功率半导体基片，在散热过程中自然冷却即可达到目的，同时还具有很好的机械强度、优良的电气性能。但是目前国内制造技术还需改进，价格也比较昂贵。所以现阶段，采用Al2O3陶瓷基板比较合适。氧化铝基板是电子工业中最常用的基板材料，因为在机械、热、电性能上相对于大多数其他氧化物陶瓷，强度度及化学稳定性高，且原料来源丰富，适用于各种各样的技术制造以及不同的形状。然而在一些领域，除了具有较高的热导率外，还要求氧化铝陶瓷基板具有较高的机械性能，尤其是在薄板中，要求氧化铝陶瓷基板具有较高的抗弯强度，但厚度越薄氧化铝陶瓷基板的抗弯强度就越低，因此急需开发一种高强度、高导热的陶瓷基板。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高强度陶瓷基板、其制备方法以及生产线。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高强度陶瓷基板，由陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂制成，所述陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂的重量比为1∶0.08-0.15∶0.01-0.03∶0.03-0.06∶0.5-0.8；其中所述陶瓷粉料由氧化铝粉和氧化锆粉组成，陶瓷粉料中氧化锆粉的含量为3-30wt％。所述陶瓷粉料中氧化铝的粒度为0.5-2.0μm，氧化锆的粒度为0.1-0.5μm，陶瓷粉料的比表面积为3000-5000m2/kg；所述溶剂由无水乙醇和丁酮组成，无水乙醇和丁酮的重量比为1∶1-1.5；所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述分散剂为蓖麻油；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。上述高强度陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：(1)将陶瓷粉料、分散剂和部分溶剂加入球磨机中球磨8-10小时后，加入在预混机中混合均匀的粘结剂、增塑剂和余下部分的溶剂的混合物，在球磨15-20小时，接着经真空脱泡装置在-0.01-0.15MPa下脱去气泡得陶瓷浆料，陶瓷浆料的温度20-50℃，粘度≤2500mp.s；(2)将陶瓷浆料经流延成型得陶瓷生坯，陶瓷生坯用模具冲切成一定形状后再敷一层隔粘粉得到坯片；(3)将坯片放入烧结装置的排胶区，在室温-500℃下排胶18-22h；然后进入烧结装置的升温高温区，在500-1600℃下烧结20-30h；接着进入烧结装置的降温区，在1600-900℃下烧结8-15h；再进入整平装置，在1300-1400℃下整平44-55h即得陶瓷基板；其中所述烧结装置排胶区和升温高温区的升温速率为2-5℃/min，烧结装置降温区的降温速率为2-5℃/min。优选的，步骤(2)中，陶瓷生坯的厚度为0.2-0.635mm。上述方法得到的陶瓷基板可以根据客户要求用激光加工的方法进一步的进行刻化切割加工。为了满足生产需求，本专利技术还提供了制备高强度陶瓷基板的生产线，包括预混机，预混机的出口依次连接有球磨机、真空脱泡装置、流延成型装置、敷粉装置、烧结装置和整平装置；所述流延成型装置连接有溶剂回收装置；所述烧结装置包括机架，机架的机头处设有推机，机架上设有炉膛，炉膛内设有传动辊，炉膛的出口和入口均设有与传动辊连接的固定板，固定板上沿传动辊传动方向设有两条平行的导轨；炉膛内设有加热装置，炉膛上方设有排气孔，排气孔通过管道连接换热器，换热器上连接有进水管道。为了得到更高强度陶瓷基板，所述炉膛的膛壁由内到外依次为304不锈钢层、保温层和201不锈钢层；所述换热器为热管换热器。所述流延成型装置连接有溶剂回收装置，是为了对溶剂进行回收再利用，保护环境。优选的，所述敷粉装置包括机床，机床上设有传送带，传送带上从左到右设有喷粉系统和加热烘干系统；所述喷粉系统包括覆盖在传送带上的敷粉室，敷粉室内设有喷枪，喷枪通过管路依次连接敷粉室上方的隔膜泵和粉料搅拌桶，敷粉室的四周内壁上设有水珠收集槽，敷粉室内沿传送带宽度方向设有加热单元；所述加热烘干系统包括覆盖在传送带上的烘箱，烘箱内均匀设有发热管，烘箱上方设有高温风机，烘箱内还设有热探头；搅拌桶的入口和出口以及管路的入口和出口上均设有滤网；所述传送带的一侧设有与传动带主动轴对应的扫粉轴。进一步的，所述烘箱的外部覆盖有岩棉隔热层；所述发热管的功率为10kw；所述搅拌桶为外径≥400mm的有机玻璃，搅拌桶的外层设有保温装置，搅拌桶内设有搅拌桨；所述喷枪上设有水平移动装置和上下调节装置；所述传送带为耐热传送带；所述加热单元为发热管；所述滤网为100目。所述扫粉轴和主动轴形成一定的夹力，保证传送带不跑偏，不翻边，不磨边等，同时除去传送带上的水分。本专利技术陶瓷基板利用上述生产线采用全新的工艺和配方进行生产，经检测，得到的产品厚度为0.2-0.635mm，体积密度为4.0-4.5g/cm3，三点抗弯＞690MPa；0.3mm厚高强度陶瓷基板破坏试件所用的力为9N左右；由上述可知本专利技术陶瓷基本真正实现了高强度。本专利技术陶瓷基板具有优良的机械强度，抗弯强度高，良好的导热特性，适用于高温环境；具有耐抗侵蚀和磨耗性，高电气绝缘特性，良好表面特性，提供优异平面度与平坦度；抗震效果佳，低翘曲度，高温环境下稳定性稳定，可加工成各种复杂形状。本专利技术制备方法简单，工序少，采用流延法制备陶瓷基板，相比于干压、扎膜等成型工艺，流延法得到的基板组织非常均匀、致密，烧结后的晶粒均匀、气孔少、抗热震性好、导热性好、抗弯强度高、表面光洁，成本低。本专利技术的生产线简单，不占用空间，流延成型装置配备吸附冷凝式溶剂回收装置，烧结废气冷水冷凝的方式处理，新型低粉尘的敷粉装置的使用，有效提高产品质量并从源头减少污染物排放，达到国内清洁生产先进水平，适合工业使用。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术敷粉装置结构示意图；图3为本专利技术烧结装置结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案及其有益效果做进一步的说明。实施例起解释说明作用，并不对本专利技术的的保护范围构成限定，任何基于本专利技术总体构思下的变化和修改应属本专利技术的保护范围之内。如图1、2和3所示的高强度陶瓷基板生产线，包括预混机1，预混机1的出口依次连接有球磨机2、真空脱泡装置3、流延成型装置4、敷粉装置5、烧结装置6和整平装置7；所述流延成型装置4连接有溶剂回收装置8；所述烧结装置6包括机架23，机架23的机头处设有推机24，机架23上设有炉膛25，炉膛25内设有传动辊26，炉膛25的出口和入口均设有与传动辊26连接的固定板27，固定板27上沿传动辊26传动方向设有两条平行的导轨28；炉膛25内设有加热装置29，炉膛25上方设有排气孔30，排气孔30通过管道连接换热器31，换热器31上连接有进水管道32。所述炉膛25的膛壁由内到外依次为304不锈钢层33、保温层34和201不锈钢层35本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度陶瓷基板，其特征在于：由陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂制成，所述陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂的重量比为1∶0.08‑0.15∶0.01‑0.03∶0.03‑0.06∶0.5‑0.8；其中所述陶瓷粉料由氧化铝粉和氧化锆粉组成，陶瓷粉料中氧化锆粉的含量为3‑30wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高强度陶瓷基板，其特征在于：由陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂制成，所述陶瓷粉料、粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂的重量比为1∶0.08-0.15∶0.01-0.03∶0.03-0.06∶0.5-0.8；其中所述陶瓷粉料由氧化铝粉和氧化锆粉组成，陶瓷粉料中氧化锆粉的含量为3-30wt％。2.如权利要求1所述的一种高强度陶瓷基板，其特征在于，所述陶瓷粉料中氧化铝的粒度为0.5-2.0μm，氧化锆的粒度为0.1-0.5μm，陶瓷粉料的比表面积为3000-5000m2/kg；所述溶剂由无水乙醇和丁酮组成，无水乙醇和丁酮的重量比为1∶1-1.5。3.如权利要求2所述的一种高强度陶瓷基板，其特征在于，所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛；所述分散剂为蓖麻油；所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。4.权利要求1-3任一所述的高强度陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将陶瓷粉料、分散剂和部分溶剂加入球磨机中球磨8-10小时后，加入混合均匀的粘结剂、增塑剂和余下部分的溶剂的混合物，在球磨15-20小时，接着-0.01-0.15MPa下脱去气泡得陶瓷浆料，陶瓷浆料的温度20-50℃，粘度≤2500mp.s；(2)将陶瓷浆料经流延成型得陶瓷生坯，陶瓷生坯用模具冲切成一定形状后再敷一层隔粘粉得到坯片；(3)将坯片放入烧结装置的排胶区，在室温-500℃下排胶18-22h；然后进入烧结装置的升温高温区，在500-1600℃下烧结20-30h；接着进入烧结装置的降温区，在1600-900℃下烧结8-15h；再进入整平装置，在1300-1400℃下整平44-55h即得陶瓷基板；其中所述烧结装置排胶区和升温高温区的升温速率为2-5℃/min，烧结装置降温区的降温速率为2-5℃/min。5.如权利要求4所述的高强度陶瓷基板的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴崇隽，魏帅鹏，蔡斌斌，
申请(专利权)人：郑州中瓷科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41