一种高导热率氮化硅陶瓷基板及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种高导热率氮化硅陶瓷基板及其应用，涉及氮化硅陶瓷技术领域。所述氮化硅陶瓷基板包括如下重量份的原料：60份改性硅粉、2.5

【技术实现步骤摘要】
一种高导热率氮化硅陶瓷基板及其应用


[0001]本专利技术涉及氮化硅陶瓷
，具体涉及一种高导热率氮化硅陶瓷基板及其应用。

技术介绍

[0002]近些年来，半导体器件沿着大功率化、高频化、集成化的方向迅猛发展。支撑其发展所需的半导体工艺以及微电子技术也随之迅猛发展，以集成电路为例，集成电路的集成程度越来越高，排线密度越来越大，由此带来的电子封装基板的排热问题也随之而来。半导体器件工作产生的热量是引起半导体器件失效的关键因素，而绝缘基板的导热性是影响整体半导体器件散热的关键。若基板不能及时有效的将集成电路上各元器件的热量排出，大量的热量将聚集在集成电路上，最终导致器件损坏。解决基板散热问题，可以通过提高基板热导率以及降低基板厚度实现，然而考虑到基板在使用环境中需要对力学性能提出较高要求，因此基板材料需要同时具备高导热率和优良的力学性能。
[0003]氮化硅陶瓷是综合性能最好的结构陶瓷材料，单晶氮化硅的理论导热率可达到400W
·
m
‑1·
K
‑1以上，具有成为高导热基片的潜力。但是氮化硅属于强共价键化合物，其晶体结构复杂，硅原子和氮原子的自扩散系数很低、导致氮化硅粉末烧结驱动力小，烧结困难，通常添加氧化物类烧结助剂在高温生成液相，通过颗粒重排、溶解和淀析过程促进烧结。在烧结过程中添加少量烧结添加剂，通过烧结添加剂与氮化硅粉末表面形成的二氧化硅层形成液相来实现致密化烧结，达到在较低温度下得到烧结致密氮化硅陶瓷的目的，从而实现提高导热率的效果。杂质氧固溶进氮化硅晶格会形成硅空位，氮化硅受自身晶格缺陷等因素影响，致使其实际热导率与理论值相差较大。如果需要提高热导率，需要长时间保温，以促进晶格中的氧扩散出来，其必然会影响到材料的力学性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高导热率氮化硅陶瓷基板及其应用，解决以下技术问题：
[0005]现有的氮化硅陶瓷基板在制备过程中由于添加含氧烧结助剂等原因，使氮化硅中掺杂氧杂质，使制备得到的氮化硅陶瓷基板的导热率远低于单晶氮化硅的理论导热率。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种高导热率氮化硅陶瓷基板，所述氮化硅陶瓷基板包括如下重量份的原料：60份改性硅粉、2.5
‑
10份烧结助剂、0.5
‑
5份三油酸甘油酯、50
‑
200份溶剂、5
‑
20份聚乙烯醇缩丁醛、3
‑
20份邻苯二甲酸甲苯基丁酯。
[0008]作为本专利技术的进一步方案：高导热率氮化硅陶瓷基板的制备方法包括如下步骤：
[0009]A1：将三油酸甘油酯、溶剂混合，继续加入改性硅粉、烧结助剂，球磨后，得到浆料；
[0010]A2：向A1制备浆料中继续添加邻苯二甲酸甲苯基丁酯、聚乙烯醇缩丁醛，再球磨后，得到改性浆料；
[0011]A3：将改性浆料脱泡后、流延成型，得到硅流延膜；
[0012]A4：将A3得到的硅流延膜经切割、叠层，并置于真空炉中烧结，得到基板；
[0013]A5：在氮气氛围中，将A4得到的基板加热至1300
‑
1400℃，得到氮化基板；
[0014]A6：将A5中得到的氮化基板，在0.5
‑
0.7MPa的氮气压力下，加热至1800
‑
1900℃，保温1
‑
12h，得到高导热率氮化硅陶瓷基板。
[0015]作为本专利技术的进一步方案：改性硅粉的制备方法包括如下步骤：
[0016]S1：将去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷加入反应瓶中，搅拌均匀，加入硅粉，升温至70
‑
80℃，保温1
‑
2h，得到硅烷偶联剂改性硅粉；
[0017]S2：氮气氛围中，将乙酸乙酯、全氟辛硫醇、安息香二甲醚加入反应釜中，搅拌均匀，将硅烷偶联剂改性硅粉加入反应釜中，反应0.5
‑
1h，得到改性硅粉。
[0018]作为本专利技术的进一步方案：S1中去离子水、乙烯基三甲氧基硅烷、硅粉质量比为50
‑
100：0.1
‑
1：50。
[0019]作为本专利技术的进一步方案：S2中乙酸乙酯、全氟辛硫醇、安息香二甲醚、硅烷偶联剂改性硅粉质量比为500
‑
1000：5
‑
10：0.1
‑
1：100。
[0020]作为本专利技术的进一步方案：烧结助剂为质量比4:1
‑
2的Y2S i4N6C：MgO混合得到。
[0021]作为本专利技术的进一步方案：溶剂为体积比为1：1的乙醇和丁酮混合得到。
[0022]一种高导热率氮化硅陶瓷基板在电子元器件领域中的应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024](1)本申请以硅粉为原料，通过硅粉表面的硅羟基与乙烯基硅烷偶联剂接枝，在硅粉表面接枝双键基团，并利用全氟辛硫醇的巯基与硅粉表面双键发生反应，在硅粉表面接枝全氟烷基，得到改性硅粉。本申请改性有效降低硅粉表面含氧量，并且烧结过程中，改性硅粉表面接枝的全氟烷烃与烧结助剂协同增效，可以有效除去氮化硅晶体中的氧杂质，有效避免杂质氧固溶进氮化硅晶格会形成硅空位，纯化晶粒，促进晶粒长大，提高氮化硅致密度，从而提高氮化硅的导热率。
[0025](2)本申请对硅粉表面进行有机化处理得到改性硅粉，并添加三油酸甘油酯作为分散剂，有效降低浆料中粉体的团聚，有利于浆料固含量的提高以及浆料流动性能的改善。加入聚乙烯醇缩丁醛、邻苯二甲酸甲苯基丁酯，提高氮化硅陶瓷基板制备过程中流延膜的强度和韧性。改性硅粉和烧结助剂组成的硅的致密体在氮气气氛中加热，硅氮化后转变为多孔的氮化硅烧结体，再将氮化硅烧结体进一步加热至较高温度，使多孔的氮化硅烧结成致密的氮化硅陶瓷，烧结助剂引入氮和促进二氧化硅的消除，在第二相中形成了较高的氮氧比，导致在致密化的氮化硅试样中颗粒增大，晶格中氧含量降低，氮化硅分子间连续性增加，导热率增加。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]改性硅粉的制备方法包括如下步骤：
[0029]S1：将100mL去离子水、0.2g乙烯基三甲氧基硅烷加入反应瓶中，搅拌均匀，加入100g硅粉，升温至70℃，保温1h，得到硅烷偶联剂改性硅粉；
[0030]S2：氮气氛围中，将500g乙酸乙酯、5g全氟辛硫醇、0.1g安息香二甲醚加入反应釜中，搅拌均匀，将100g硅烷偶联剂改性硅粉加入反应釜中，反应0.5h，得到改性硅粉。
[0031]实施例2
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高导热率氮化硅陶瓷基板，其特征在于，所述氮化硅陶瓷基板包括如下重量份的原料：60份改性硅粉、2.5
‑
10份烧结助剂、0.5
‑
5份三油酸甘油酯、50
‑
200份溶剂、5
‑
20份聚乙烯醇缩丁醛、3
‑
20份邻苯二甲酸甲苯基丁酯。2.根据权利要求1所述的一种高导热率氮化硅陶瓷基板,其特征在于，高导热率氮化硅陶瓷基板的制备方法包括如下步骤：A1：将三油酸甘油酯、溶剂混合，继续加入改性硅粉、烧结助剂，球磨后，得到浆料；A2：向A1制备浆料中继续添加邻苯二甲酸甲苯基丁酯、聚乙烯醇缩丁醛，再球磨后，得到改性浆料；A3：将改性浆料脱泡后、流延成型，得到硅流延膜；A4：将A3得到的硅流延膜经切割、叠层，并置于真空炉中烧结，得到基板；A5：在氮气氛围中，将A4得到的基板加热至1300
‑
1400℃，得到氮化基板；A6：将A5中得到的氮化基板，在0.5
‑
0.7MPa的氮气压力下，加热至1800
‑
1900℃，保温1
‑
12h，得到高导热率氮化硅陶瓷基板。3.根据权利要求1所述的一种高导热率氮化硅陶瓷基板,其特征在于，所述改性硅粉的制备方法包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋生，肖亮，王璨，楚安民，卢正兵，
申请(专利权)人：湖南湘瓷科艺有限公司，
类型：发明
国别省市：