一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料制造技术

本发明专利技术公开一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料，涉及电子陶瓷加工技术领域。本发明专利技术公开的AlN电子陶瓷材料是由以下重量份数的原料制备：氮化铝82

【技术实现步骤摘要】
一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料


[0001]本专利技术属于电子陶瓷加工
，尤其涉及一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料。

技术介绍

[0002]氮化铝陶瓷具有良好的综合性能，如热导率高、绝缘性能好、与硅相匹配的线膨胀系数、室温高温机械性能良好、无毒等，是大规模集成电路基板、大功率器件封装等电子陶瓷的理想材料。而电子陶瓷在化学成分、微观结构和机电性能上，均与一般的电力用陶瓷有着本质的区别，其中最重要的是，电子陶瓷材料需具有高的机械强度、耐高温高湿、抗辐射、介质常数在很宽的范围内变化、介质损耗小、电容量温度系数可以调整、抗电强度和绝缘电阻值高，以及老化性能优异等。
[0003]AlN作为一种强共价键化合物，熔点很高，自扩散系数小，很难烧结致密化，而致密度不高的陶瓷，电磁波在穿过陶瓷时，陶瓷内部的缺陷可能会产生自激振荡，阻碍电磁波传递，使电磁损耗加大，从而增加了AlN的介电损耗，并且AlN的介电常数较小，使其介电性能一般，其在很大程度上限制了AlN的应用；AlN的致密度不高，也影响了AlN陶瓷的综合性能，其强度和韧性均降低。
[0004]目前，对AlN电子陶瓷材料的研究主要集中在低温烧结和高导热率，是通过添加烧结助剂(如Y2O3、Er2O3或Sm2O3等)和电性能调节剂(MoSi2、TiN等)来改善氮化铝陶瓷的致密度、陶瓷结构或电性能，降低了氮化铝的烧结温度，从而得到致密的氮化铝电子陶瓷，具有高强度、高的热导率、低的介电损耗等，烧结助剂的添加会降低氮化铝陶瓷的电阻率，进而影响氮化铝陶瓷的绝缘性，但是现有的AlN电子陶瓷材料的介电常数较低，因此，现阶段的氮化铝陶瓷并补鞥呢满足集成点库工艺应用的要求，影响了其作为电子陶瓷材料的应用范围。因此，开发一种高热导率、高介电常数、低介电损耗的氮化铝电子陶瓷材料，使其能够应用在集成电路领域，成为现在研发人员的研究热点。
[0005]中国专利技术专利CN201910081721.2公开了一种兼具高导热率和高强度的氮化铝陶瓷及其制备方法，该专利技术是通过将无压烧结得到的氮化铝烧结体进行氧化处理制得的，具有优异的热学性能、力学性能和介电性能，其热导率可达到185～210W/(m﹒K)，抗弯强度可达到390～460MPa。但是该专利技术专利技术的介电常数为9～10，介电常数值较低，其在集成电路上的应用限制仍较多。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料，其通过加入烧结助剂和金属化合物，使AlN电子陶瓷材料在保持有高导热率的同时，还提高了AlN电子陶瓷的介电常数和击穿电压，降低了介电损耗，使其具有较高的介电性能，并具有优异的强度、韧性和温度稳定性，为其进一步应用在集成电路领域提供了可能性。
[0007]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料，所述
AlN电子陶瓷材料是由以下重量份数的原料制备：氮化铝82
‑
90份、钛酸锶4
‑
9份、氧化钬0.5
‑
1.2份、氧化铋5
‑
8份、烧结助剂2.5
‑
4.2份、分散剂2
‑
6份和钛酸酯偶联剂6
‑
12份，所述烧结助剂为BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末，其中1＜x≤3，所述分散剂为三聚磷酸钠。
[0008]本专利技术选用钛酸锶、氧化钬和氧化铋作为氮化铝基体的电子性能调节剂，使其在保证氮化铝具有较高的热导率的同时，还具有低的介电损耗，并可提高氮化铝基体的介电常数，即提高本专利技术的介电性能。钛酸锶具有介电常数高、介电损耗低，并具有良好的温度稳定性和抗高电压性，其加入到氮化铝基体中，可填充入氮化铝晶体的空隙中，减小气孔率，并在烧结过程中，Al
3+
容易进入钛酸锶的晶格内部，与Ti
4+
形成置换，使钛酸锶和氮化铝两者形成固溶体，使两者结合紧密，从而使氮化铝陶瓷形成致密的结构；钛酸锶本身拥有较高的介电常数和击穿电压，也能显著提高氮化铝陶瓷整体的介电常数和击穿电压，优化了介电性能，有利于降低介电损耗，并且拥有较高的热导率。
[0009]氧化钬是一种稀土氧化物，氧化钬的加入，能够抑制晶粒的成长，促进烧结，使氮化铝陶瓷致密度增大，并在钛酸锶和氧化铋的共同作用下，制备出更加致密和均匀的细晶陶瓷，从而使本专利技术获得良好得介电温度稳定性；氧化钬的加入，使氮化铝陶瓷的介电常数降低，但能更进一步的降低介电损耗，并能明显提高氮化铝陶瓷的绝缘电阻，提高了本专利技术的强度和韧性。
[0010]氧化铋具有较低的熔点和较高的活性，其加入到本专利技术中，能显著降低烧结温度，并与其它组分有很大的亲和力，在高温烧结过程中形成玻璃相，有助于晶界扩散和迁移，对陶瓷的致密度及力学性能有显著的提升；氧化铋还提高了氮化铝陶瓷的介电常数，降低了介电损耗，并在钛酸锶和氧化钬的共同作用下，使氮化铝具有较高的热导率。
[0011]三聚磷酸钠可有效提高本专利技术陶瓷制备过程中各陶瓷组分的分散效果，其熔点较高，在研磨升温过程中不易熔融，不会引起各组分的粘结，分散效果较好，并且在研磨过程中还兼有助磨的作用，提高了研磨效率，降低了研磨成本。
[0012]进一步的，所述烧结助剂是由氧化铝、氧化钇和氧化钡的复配而成，所述BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末的制备方法包括以下步骤：
[0013]S1.将聚乙烯醇加入到去离子水中，于70℃下搅拌至完全溶解，然后往其中加入摩尔比为1：(6
‑
x):x的Ba、Al和Y的氧化物，于常温下超声振荡0.5
‑
1h，得混合溶液；
[0014]S2.将所述混合溶液以360
‑
480r/min的速率球磨6
‑
8h后得浆料；
[0015]S3.将所述浆料置于惰性气体或氮气气体气氛中，于110
‑
130℃下干燥0.5
‑
1h，然后升温至600
‑
700℃下，保温2
‑
3h，制得所述BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末。
[0016]BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末是由氧化铝、氧化钇和氧化钡复配而成，三者在合适的配比下加入到聚乙烯醇溶液中，超声混合，高温制得。本专利技术中加入了烧结助剂BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末，在烧结过程中，该BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末形成液相，对氮化铝晶粒有很好的润湿性，容易渗入氮化铝晶粒间，在晶界处均匀分布，提高了各组分晶粒间的结合力和陶瓷的致密度，从而使本专利技术的机械强度和韧性显著提高。适量的BaAl6‑
x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高介电性能的AlN电子陶瓷材料，其特征在于，所述AlN电子陶瓷材料是由以下重量份数的原料制备：氮化铝82
‑
90份、钛酸锶4
‑
9份、氧化钬0.5
‑
1.2份、氧化铋5
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8份、烧结助剂2.5
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4.2份、分散剂2
‑
6份和钛酸酯偶联剂6
‑
12份，所述烧结助剂为BaAl6‑
x
Y
x
O
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粉末，其中1＜x≤3，所述分散剂为三聚磷酸钠。2.根据权利要求1所述的高介电性能的AlN电子陶瓷材料，其特征在于，所述烧结助剂是由氧化铝、氧化钇和氧化钡的复配而成，所述BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末的制备方法包括以下步骤：S1.将聚乙烯醇加入到去离子水中，于70℃下搅拌至完全溶解，然后往其中加入摩尔比为1：(6
‑
x):x的Ba、Al和Y的氧化物，于常温下超声振荡0.5
‑
1h，得混合溶液；S2.将所述混合溶液以360
‑
480r/min的速率球磨6
‑
8h后得浆料；S3.将所述浆料置于惰性气体或氮气气体气氛中，于110
‑
130℃下干燥0.5
‑
1h，然后升温至600
‑
700℃下，保温2
‑
3h，制得所述BaAl6‑
x
Y
x
O
10
粉末。3.根据权利要求2所述的高介电性能得AlN电子陶瓷材料，其特征在于，所述聚乙烯醇的加入量为所述氧化铝、氧化钇和氧化钡质量总和的10
‑
15％，所述去离子水的加入量为所述氧化铝、氧化钇和氧化钡质量总和的1
‑
1.5倍。4.根据权利要求1所述的高介电性能的AlN电子陶瓷材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的高介...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建平，曹建辉，刘平，周淑英，吴涛，
申请(专利权)人：湖南省新化县鑫星电子陶瓷有限责任公司湖南聚晟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：