一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法 【技术领域】
本发明属于精细陶瓷材料技术领域，特别涉及规模化、工业化的一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法。
背景技术
随着微电子技术和信息技术中电子元器件的复杂性和集成度日益提高，对电子基片材料的性能特别是散热性能提出了更高的要求。常用的陶瓷基片材料有Al
2O
3、AlN、SiC、BeO、莫来石、玻璃陶瓷等，其中，AlN陶瓷比常用的Al
2O
3陶瓷的热导率高一个数量级、具有与氧化被和碳化硅接近的高热导率、具有较低的介电常数和介电损耗、具有与硅相匹配的热膨胀系数、无毒的优良特性，具有良好的使用价值和应用前景。目前AlN陶瓷基片的生产方法主要是干压法和流延法等，其中干压法工艺简单，投资少，下作强度低，但是干压法生产的基片厚度较大(一般大于1mm)、基片面积较小且不均匀，特别是生产的陶瓷基片散热性能较差(一般小100K/m·K)，不适合工业化生产，因此要实现大规模工业化生产一般采用有机溶剂流延法来生产AlN陶瓷基片，但也存在生产成本较高，产品性能随工艺波动较大，成品率不高等不足之处。
【发明内容】
为克服目前采用干压法和流延法生产AlN陶瓷基片的现有技术不足，本发明的目的是提供一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法。具有生产AlN陶瓷基片的工艺稳定、产品质量可靠、性能较好，并且生产成本较低。
为实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法，所述的以AlN粉体为基本原料，选用合适的辅料、有机溶剂，形成混合粉料，进行成型、干燥、烧成等生产，具体生产工艺流程如下：
(1)配料：将AlN粉和烧结助剂按一定重量配比混合，溶于适量的有机溶剂中，置于圆形滚筒中，加入分散剂、增塑剂，球磨，并在球磨过程中加入少量粘结剂；
(2)混合球磨：混合的粉料在转速为300～600rad/s的滚筒中球磨48～60小时，混合后得到的陶瓷浆体粘度在1500～3000CPS；
(3)除泡，过筛：将球磨好的陶瓷浆料利用真空泵进行真空脱泡，消除球磨中混入浆体的空气，经真空脱泡出来的浆料，过100～400m筛网，取筛下浆料，筛上料返回球磨筒中；
(4)流延成型：经真空脱泡和过筛处理的浆体，在流延机上进行刮片成0.5～2mm厚的基片素坯，将素坯从流延机上脱模，并经100～200℃的热风干燥，形成具有一定强度和柔韧性的素坯片；
(5)排胶：将干燥后的素坯片送入特制排胶炉中，分段排胶，最高温度500～700℃，排胶炉分为3～5个温度阶段，排胶时间8～12小时，排胶后得到坯片；
(6)烧成：将坯片送入气氛烧结炉，在0.3～1的氮气气氛保护中，在1700℃～1900℃温度下，烧结2～6个小时；
(7)切割、划线：烧成好的高导热AlN电子陶瓷基片可以用激光切割成各种所需形状和大小，并按照要求进行划线处理。
所述的一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法，所述混合粉料重量配比如下：
粉料：35～60wt％，粉料包括：AlN粉 85％～97wt％+烧结助剂3％～15wt％；
有机溶剂：30～50wt％；
分散剂：0.5～2wt％；
增塑剂：3～10wt％；
粘结剂：5～10wt％；
所述的一种高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法，所述高导热AlN电子陶瓷基片，具有体积密度为3.30～3.40(g/cm
3)、热导率为120～170(w/m·k)线膨胀系数为4.3～4.5(10
‑6/℃)。
由于采用如上所述上的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
该高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法，基于有机溶剂流延法的生产方式，具有生产工艺稳定、产品质量可靠、性能较好，并且适用于低成本生产的一种高导热AlN电子陶瓷基片的工业化生产方式。
【附图说明】
图1为高导热AlN电子陶瓷基片的生产工艺流程图；
【具体实施方式】
下面通过具体实施方案进一步阐述本发明：
实施方式一
如图1所示：该高导热AlN电子陶瓷基片的生产方法，以AlN粉体为基本原料，选用合适的辅料、有机溶剂，形成混合粉料，进行成型、干燥、烧成等生产，具体生产工艺流程如下：
(1)配料：将AlN粉和烧结助剂按一定重量配比混合，溶于适量的有机溶剂中，置于圆形滚筒中，加入分散剂、增塑剂，球磨，并在球磨过程中加入少量粘结剂。
本发明方法中，粉料重量配比如下：
粉料：45％AlN粉重量百分比为96％+烧结助剂(Y
2O
3)重量百分比为4％
有机溶剂：重量百分比为35％
分散剂：重量百分比为2％
增塑剂：重量百分比为10％
粘结剂：重量百分比为8％
(2)混合球磨：混合的粉料在转速为300rad/s的滚筒中球磨48小时，混合后得到的陶瓷浆体粘度在1700CPS。
(3)除泡，过筛：将球磨好的陶瓷浆料利用真空泵进行真空脱泡，消除球磨中混入浆体的空气，经真空脱泡出来的浆料，过150m筛网，取筛下浆料，筛上料返回球磨筒中。
(4)流延成型：经真空脱泡和过筛处理的浆体，在流延机上进行刮片成0.5mm厚的基片素坯。将素坯从流延机上脱模，并经200℃的热风干燥，形成具有一定强度和柔韧性的素坯片。
(5)排胶：将干燥后的素坯片送入特制排胶炉中，分段排胶，排胶温度700℃，排胶炉分为4个温度阶段，排胶10个小时得到坯片。
(6)烧成：将坯片送入气氛烧结炉中，在1个大气压的氮气保护中，在1850℃温度下，保温5个小时，断电冷却，取出即可得到陶瓷基片。
得到的AlN电子陶瓷基片的性能如下：
性能 指标
体积密度(g/cm3) 3.35
热导率(w/m·k) 170
线膨胀系数(10‑6/℃) 4.3
抗弯强度(Mpa) 350
体电阻率(Ω·cm) 1014
介电常数(1MHz) 8.8
介质损耗(1MHz) 3×10‑4
表面粗糙度(μm) 0.3
实施方式二
以AIN粉体为基本原料，选用合适的辅料、有机溶剂，形成混合粉料，进行成型、干燥、烧成等生产，具体生产工艺流程如下：
(1)配料：将AIN粉和烧结助剂按一定重量配比混合，溶于适量的有机溶剂中，置于圆形滚筒中，加入分散剂、增塑剂，球磨，并在球磨过程中加入少量粘结剂。
本发明方法中，粉料重量配比如下：
粉料：35％AIN粉重量百分比为97％+烧结助剂(Y
2O
3)重量百分比为3％
有机溶剂：重量百分比为55％
分散剂：重量百分比为1％
增塑剂：重量百分比为3％
粘结剂：重量百分比为6％
(2)混合球磨：混合的粉料在转速为300rad/s的滚筒中球磨48小时，混合后得到的陶瓷浆体粘度在1600CPS。
(3)除泡，过筛：将球磨好的陶瓷浆料利用真空泵进行真空脱泡，消除球磨中混入浆体的空气，经真空脱泡出来的浆料，过150m筛网，取筛下浆料，筛上料返回球磨筒中。
(4)流延成型：经真空脱泡和过筛处理的浆体，在流延机上进行刮片成0.5mm厚的基片素坯。将素坯从流延机上脱模，并经200℃的热风干燥，形成具有一定强度和柔韧性的素坯片。
(5)排胶：将干燥后的素坯片送入特制排胶炉中，分段排胶，排胶温度650℃，排胶炉分为4个温度阶段，排胶12个小时得到坯片。
(6)烧成：将坯片送入气氛烧结炉中，在1个大气压的氮气保护中，在1700℃温度下，保温2个小时，断电冷却，取出即可得到陶瓷基片。得到的AlN电子陶瓷基片的性能如下：
性能 指标
体积密度(g/cm3) 3.31
热导率(w/m·k) 120
线膨胀系数(10‑6/℃) 4.4
实施方式三
以AlN粉体为基本原料，选用合适的辅料、有机溶剂，形成混合粉料，进行成型、干燥、烧成等生产，具体生产工艺流程如下：
(1)配料：将AlN粉和烧结助剂按一定重量配比混合，溶于适量的有机溶剂中，置于圆形滚筒中，加入分散剂、增塑剂，球磨，并在球磨过程中加入少量粘结剂。
本发明方法中，粉料重量配比如下：
粉料：55％AlN粉重量百分比为90％+烧结助剂(Y
2O
3)重量百分比为10％
有机溶剂：重量百分比为30％
分散剂：重量百分比为1％
增塑剂：重量百分比为8％
粘结剂：重量百分比为6％
(2)混合球磨：混合的粉料在转速为300rad/s的滚筒中球磨48小时，混合后得到的陶瓷浆体粘度在2800CPS。
(3)除泡，过筛：将球磨好的陶瓷浆料利用真空泵进行真空脱泡，消除球磨中混入浆体的空气，经真空脱泡出来的浆料，过150m筛网，取筛下浆料，筛上料返回球磨筒中。
(4)流延成型：经真空脱泡和过筛处理的浆体，在流延机上进行刮片成0.5mm厚的基片素坯。将素坯从流延机上脱模，并经200℃的热风干燥，形成具有一定强度和柔韧性的素坯片。
(5)排胶：将干燥后的素坯片送入特制排胶炉中，分段排胶，排胶温度650℃，排胶炉分为4个温度阶段，排胶12个小时得到坯片。
(6)烧成：将坯片送入气氛烧结炉中，在1个大气压的氮气保护中，在1900℃温度下，保温6个小时，断电冷却，取出即可得到陶瓷基片。
得到的AlN电子陶瓷基片的性能如下：
性能 指标
体积密度(g/cm3) 3.33
热导率(w/m·k) 140
线膨胀系数(10‑6/℃) 4.5