一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷基板技术领域，提供一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法，解决现有96瓷热导率低、机械强度较差的问题。包括以下步骤：(1)备料：所述氧化铝陶瓷由以下质量百分数的组分制备而成：氧化铝粉体96％、复合烧结助剂1.8～3％，余量为氟化钇，所述复合烧结助剂为Cr2O3‑

【技术实现步骤摘要】
一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷基板
，尤其涉及一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]电子封装基板是电子元器件的重要组成部分，承担着各类电子元器件散热、绝缘保护、结构封装支撑等作用。电子封装基板主要分为高分子塑料基板、金属基板和陶瓷基板这三种类型，由于高分子材料存在热导率极低的固有特性，而金属基板材料虽然热导率很高，但其本身为导电材料，在进行芯片封装时需要额外加入绝缘层，大大提升了工艺成本，因此高分子塑料基板和金属基板的使用受到很大限制。陶瓷材料具有热导率高、耐热性好、高绝缘、高强度、与芯片材料热匹配等性能，非常适合作为功率器件封装基板，目前已在半导体照明、激光与光通信、航空航天、汽车电子、深海钻探等领域得到广泛应用。
[0003]常见的陶瓷基板有Al2O3、AlN、SiC和BeO等，其中氧化铝陶瓷基板虽然热导率相对较低，但具有良好的机械强度、稳定性、耐高压性和绝缘性，且原料来源丰富、生产工艺相对简单，制备成本远低于其他陶瓷基板，是目前应用最广泛的陶瓷基板材料，市场占有率超过了80％。
[0004]氧化铝陶瓷一般以配料或瓷体中的氧化铝的含量进行分类，可分为99瓷、96瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种。目前市场上的氧化铝基板大多是以96瓷为主(氧化铝含量为96％)，被广泛应用于厚膜集成电路、LED封装等领域。为了提高氧化铝陶瓷的综合性能，业内通常采用提高氧化铝含量的方式。但随着氧化铝含量的提高，不仅增加了原料成本，而且需要更高的温度才能完成烧结，对设备的要求更加严格，能耗也更加高昂。
[0005]目前的氧化铝陶瓷基板仍然存在热导率低、机械强度较差等问题，在不增加氧化铝含量的前提下，如何改善氧化铝陶瓷基板的导热性能和力学性能，是现阶段业内研发人员的研究重点。例如中国专利号CN201610290900.3公开了一种高性能96氧化铝陶瓷及其制备方法，包括以下步骤：(1)粉体混合；(2)干压成型；(3)无压烧结。通过向α
‑
Al2O3中添加适量的SiO2、MgO和CaO，以及调整制备工艺参数，显著提高了所制备的96氧化铝陶瓷的绝缘性能、介电强度、力学性能及导热性。所制备的96氧化铝陶瓷在室温及25％湿度环境中的体积电阻率可高达7
×
10
14
Ω
·
cm，在室温及70％湿度环境中其体积电阻率仍可保持在10
12
的数量级以上，当温度为600℃时其体积电阻率还能达到108数量级以上；室温条件下96氧化铝陶瓷的介电强度高达30kV/mm，热导率高达26.4W/m
·
K，抗弯强度高达约400MPa，维氏硬度高达14GPa。

技术实现思路

[0006]因此，针对以上内容，本专利技术提供一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法，解决现有氧化铝陶瓷热导率低、机械强度较差，难以满足对电子封装材料更高需求的问题。在不增加成本的情况下，对氧化铝陶瓷的配方和工艺进行了优化，改善氧化铝陶瓷的导热性能和机械性能。
[0007]为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)备料：
[0010]所述氧化铝陶瓷由以下质量百分数的组分制备而成：氧化铝粉体96％、复合烧结助剂1.8～3％，余量为氟化钇，所述氧化铝粉体为α
‑
氧化铝，所述复合烧结助剂为Cr2O3‑
BaO
‑
ZnO三元体系；
[0011]按上述配比称取各原料组分，备用；
[0012](2)球磨、真空脱泡：
[0013]将氧化铝粉体、复合烧结助剂、氟化钇加入球磨机中，然后加入溶剂、分散剂、脱泡剂进行一次球磨，一次球磨时间为8～12h，再加入粘合剂和增塑剂进行二次球磨，二次球磨时间为15～25h；
[0014]采用真空脱泡机对球磨后的物料进行真空脱泡，得到陶瓷浆料；
[0015](3)流延成型：
[0016]将步骤(2)获得的陶瓷浆料在流延机上流延成型，得到生坯带，然后放在冲片机上进行冲压处理，得到所需形状及尺寸的生坯片；
[0017](4)排胶：
[0018]将生坯片放入排胶装置中进行排胶，去除生坯片中的有机物；
[0019]所述排胶装置包括排胶箱，所述排胶箱包括外箱体、内箱体以及夹设在外箱体和内箱体之间的中箱体，所述外箱体和中箱体之间设有保温层，所述中箱体和内箱体之间设有空气流动腔，所述外箱体的底部设有热风机，所述热风机的输出端固定连接有热风管，所述热风管贯穿外箱体并延伸至空气流动腔内，所述外箱体的顶部设有驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接有转动轴，所述转动轴套接有若干个置物单元，各所述置物单元通过隔板形成放置生坯片的置物槽，所述置物槽的底部设有通气孔，所述内箱体的侧壁上设有通风口，所述通风口呈条状，所述通风口的面积由上到下逐渐增大，所述内箱体的顶部固定连接有排胶管，所述排胶管的一端依次贯穿外箱体、保温层、中箱体、空气流动腔并延伸至内箱体内部，所述排胶管的另一端固定连接有回收槽，所述回收槽上方的排胶管外壁固定连接有冷却机构，所述冷却机构和回收槽之间的排胶管连接有第一排气管，所述第一排气管远离排胶箱的的一侧设有净化机构，所述第一排气管与净化机构的侧壁底部相连接，所述净化机构的顶部固定连接有第二排气管，所述净化机构内设有过滤板，所述过滤板的上方设有活性炭吸附板；
[0020](5)烧结：
[0021]将排胶后的生坯片置于烧结炉中，以5～8℃/min的速率升温至900～1000℃，然后以2～4℃/min的速率升温至1540～1580℃，保温8～15h，冷却后取出即得96氧化铝陶瓷。
[0022]进一步的改进是：所述转动轴远离驱动电机的一端可转动连接有轴承座，所述轴承座固定连接在内箱体的内壁底部。
[0023]进一步的改进是：所述过滤板和活性炭吸附板可拆卸安装于净化机构内。
[0024]进一步的改进是：所述净化机构的侧壁开设有安装槽，所述过滤板和活性炭吸附板的两侧设有与安装槽相适配的固定块。
[0025]进一步的改进是：所述冷却机构为冷却管，所述冷却管螺旋缠绕在排胶管的外壁
上。
[0026]进一步的改进是：所述排胶的具体工艺参数为：排胶温度为520～580℃，排胶时间为2～4h。
[0027]进一步的改进是：所述分散剂由聚乙烯亚胺和烷基苯磺酸钠按质量比1.5:1～3:1复配而成。
[0028]进一步的改进是：以氧化铝粉体质量100％计，所述溶剂、分散剂、脱泡剂、粘合剂、增塑剂的添加量依次为50～80％、0.4～2％、0.2～0.5％、5～10％、1～4％。
[0029]进一步的改进是：所述复合烧结助剂中Cr2O3的质量分数为42～50％、BaO的质量分数为14～22％、ZnO的质量分数为30～40％。
[0030]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度96氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)备料：所述氧化铝陶瓷由以下质量百分数的组分制备而成：氧化铝粉体96％、复合烧结助剂1.8～3％，余量为氟化钇，所述氧化铝粉体为α
‑
氧化铝，所述复合烧结助剂为Cr2O3‑
BaO
‑
ZnO三元体系；按上述配比称取各原料组分，备用；(2)球磨、真空脱泡：将氧化铝粉体、复合烧结助剂、氟化钇加入球磨机中，然后加入溶剂、分散剂、脱泡剂进行一次球磨，再加入粘合剂和增塑剂进行二次球磨；采用真空脱泡机对球磨后的物料进行真空脱泡，得到陶瓷浆料；(3)流延成型：将步骤(2)获得的陶瓷浆料在流延机上流延成型，得到生坯带，然后放在冲片机上进行冲压处理，得到所需形状及尺寸的生坯片；(4)排胶：将生坯片放入排胶装置中进行排胶，去除生坯片中的有机物；所述排胶装置包括排胶箱，所述排胶箱包括外箱体、内箱体以及夹设在外箱体和内箱体之间的中箱体，所述外箱体和中箱体之间设有保温层，所述中箱体和内箱体之间设有空气流动腔，所述外箱体的底部设有热风机，所述热风机的输出端固定连接有热风管，所述热风管贯穿外箱体并延伸至空气流动腔内，所述外箱体的顶部设有驱动电机，所述驱动电机的输出端固定连接有转动轴，所述转动轴套接有若干个置物单元，各所述置物单元通过隔板形成放置生坯片的置物槽，所述置物槽的底部设有通气孔，所述内箱体的侧壁上设有通风口，所述通风口呈条状，所述通风口的面积由上到下逐渐增大，所述内箱体的顶部固定连接有排胶管，所述排胶管的一端依次贯穿外箱体、保温层、中箱体、空气流动腔并延伸至内箱体内部，所述排胶管的另一端固定连接有回收槽，所述回收槽上方的排胶管外壁固定连接有冷却机构，所述冷却机构和回收槽之间的排胶管连接有第一排气管，所述第一排气管远离排胶箱的的一侧设有净化机构，所述第一排气管与净化机构的侧壁底部相连接，所述净化机构的顶部固定连接有第二排气管，所述净化机构内设有过滤板，所述过滤板的上方设有活性炭吸附板；(5)烧结：将排胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大胜，施纯锡，
申请(专利权)人：福建华清电子材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：