一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法，涉及氧化铝陶瓷基板增韧技术领域。氧化铝陶瓷增韧基板包括氧化铝层和氧化锆增韧层；所述氧化铝层和氧化锆层呈交替叠加分布。方法包括以下步骤：制备不同厚度的氧化铝、氧化锆流延生坯，氧化铝和氧化锆流延生坯交替叠片后温等静压，得到层状复合陶瓷生坯；将所述陶瓷生坯进行排胶处理后烧结，得到所述氧化铝陶瓷增韧基板。通过控制氧化铝层与氧化锆层的厚度及其厚度比，调控堆叠层数及氧化锆增韧相的体积分数，提高了氧化铝陶瓷基板的断裂韧性及抗弯强度。及抗弯强度。及抗弯强度。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及氧化铝陶瓷基板增韧
，特别是涉及一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法。

技术介绍

[0002]如今，21世纪已然进入了电子信息时代。随之而来的，还有电子信息产业的飞速发展。为了满足电子信息产业的需求，对电路基板的要求越来越高。其中，陶瓷基板因为其具备高绝缘性、较好的散热性能及结构支撑作用，被广泛用作电路基板。
[0003]在陶瓷电路基板中，Al2O3陶瓷基板的市场份额占据了总量的90％以上。这是因为Al2O3陶瓷有着较高的化学稳定性、导热性能(约30W/m
·
K)、电绝缘性能(电阻率>10
14
·
mm2/m)，且其原料来源丰富，与金属有着优良的附着性能，制备成本较低。而今，已经进入了后摩尔时代，电子元器件的功耗密度在不断提高。发热量的加剧，使Al2O3陶瓷基板承受的热应力不断提高，当其超过Al2O3陶瓷基板的本征强度时，便会导致陶瓷基板的破损开裂。这会引起电子元器件的损坏与失效，甚至引发灾难性事故和造成经济损失。
[0004]根据相关统计，由温度载荷所引起的电子器件失效比例已高达55％。一般Al2O3陶瓷基板断裂韧性约3.7MPa
·
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，这一较低的参数是导致其开裂的主要原因。因此在满足Al2O3陶瓷基板导热性的同时，我们还需要提高其断裂韧性。这有助于提升封装电子元器件的服役安全性与可靠性，对于我国电子信息产业发展具有重要的战略意义。此外，当Al2O3陶瓷基板的力学强度提升后，还可降低基板的厚度，这对于陶瓷基板产业的绿色、可持续发展具有重要的促进作用。
[0005]按照Griffith的理论，脆性材料想提升断裂强度只能以提高断裂韧性或减小临界裂纹尺寸方式实现。对于氧化铝陶瓷基板的增韧，目前主流方法有两种：一是在陶瓷微观结构中加入能量分散元素来提高其断裂韧性，这些元素如纤维、晶须或晶片以及微粒等；二是在陶瓷基体中加入金属成分来形成裂纹连接元素以便在塑性变形时吸收能量，阻止裂纹扩展。虽然上述方法能够在一定程度上增韧氧化铝陶瓷基板，但上述方法会导致基板制造工艺复杂，成本增加；或者使陶瓷烧结温度升高，需要非氧化性气氛烧结。
[0006]因此，提供一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法，以提高氧化铝陶瓷基板的断裂韧性和抗弯强度，简化氧化铝陶瓷基板的制备工艺，对于氧化铝陶瓷基板增韧
具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种氧化铝陶瓷基板及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过在氧化铝陶瓷基板中引入3Y
‑
ZrO2陶瓷薄膜层，从而得到复合增韧的陶瓷基板，提高了氧化铝陶瓷基板的断裂韧性和抗弯强度，且制备工艺简单。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术技术方案之一，一种氧化铝陶瓷基板，包括交替叠加的氧化铝层和氧化锆
层。
[0010]进一步地，所述氧化铝层的单层厚度为100
‑
250μm；所述氧化锆层的单层厚度为50
‑
100μm。
[0011]进一步地，所述氧化铝层与所述氧化锆层的体积比为1
‑
5:1。
[0012]进一步地，所述氧化铝陶瓷基板的厚度为0.5
‑
10mm。
[0013]本专利技术技术方案之二，上述的氧化铝陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1，将氧化铝陶瓷流延浆料和氧化锆陶瓷流延浆料分别放入流延机进行流延成型，干燥，得到氧化铝流延膜和氧化锆流延膜；
[0015]步骤2，将所述氧化铝流延膜和氧化锆流延膜按单层交替叠加的方式交替叠片，得到陶瓷基板前驱体；将所述陶瓷基板前驱体进行温等静压压制成型，得到陶瓷生坯；
[0016]步骤3，将所述陶瓷生坯进行排胶处理后烧结，得到所述氧化铝陶瓷基板。
[0017]进一步地，所述干燥为在室温条件下干燥20
‑
30h。
[0018]进一步地，步骤2中在叠片前还包括分别对氧化铝流延膜和氧化锆流延膜进行切片的步骤；步骤2中在压制成型后还包括切块的步骤。
[0019]进一步地，所述氧化铝陶瓷流延浆料的制备方法包括以下步骤：将氧化铝粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚乙二醇及邻苯二甲酸二丁酯加入到溶剂中混合，球磨，真空除泡得到所述氧化铝陶瓷流延浆料；
[0020]其中所述氧化铝粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂的质量比为(30
‑
38):2.75:2:1:15。优选的，所述氧化铝粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂的质量比为38:2.75:2:1:15。通过调控浆料中氧化铝的占比，可以控制烧结过程中氧化铝层的收缩率。
[0021]所述氧化锆陶瓷流延浆料的制备方法包括以下步骤：将3Y
‑
ZrO2粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇与邻苯二甲酸二丁酯加入到溶剂中混合，球磨，真空除泡得到所述氧化锆陶瓷流延浆料；
[0022]其中所述3Y
‑
ZrO2粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂的质量比为(23
‑
28):2.75:2:1:15。优选的，所述所述3Y
‑
ZrO2粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂的质量比为28:2.75:2:1:15。通过调控浆料中氧化锆的占比，可以控制烧结过程中氧化锆层的收缩率。
[0023]所述氧化铝粉体为高纯度超微细a
‑
氧化铝粉体，1400℃以上即可以实现99％的烧结致密度。
[0024]进一步地，所述溶剂为无水乙醇。
[0025]进一步地，所述球磨具体为：球磨时间为24
‑
36h，球磨转速为300
‑
500rpm；所述真空除泡具体为：转速为800
‑
1500rpm，真空压力为1kPa，旋转时间为3
‑
6min。
[0026]进一步地，所述氧化铝流延膜的厚度为100
‑
250μm；所述氧化锆流延膜的厚度为50
‑
100μm；步骤2中叠片层数为10
‑
200层；步骤2中所述温等静压压制成型具体为：60℃，40
‑
80MPa压力下，保压5
‑
10min。
[0027]进一步地，步骤3中所述排胶处理具体为：以0.15
‑
0.5℃/min的升温速率升温至500℃后保温120
‑
300min；所述烧结具体为：以5℃/min的升温速率升温至1200℃，之后以1℃/min的升温速率继续升温至1550℃后保温3h。
[0028]本专利技术技术方案之三，上述的氧化铝陶瓷基板作为电路基板在电子元器件中的应用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷基板，其特征在于，包括交替叠加的氧化铝层和氧化锆层。2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板，其特征在于，所述氧化铝层的单层厚度为100
‑
250μm；所述氧化锆层的单层厚度为50
‑
100μm。3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板，其特征在于，所述氧化铝层与所述氧化锆层的体积比为1
‑
5:1。4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板，其特征在于，所述氧化铝陶瓷基板的厚度为0.5
‑
10mm。5.一种权利要求1所述的氧化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将氧化铝陶瓷流延浆料和氧化锆陶瓷流延浆料分别放入流延机进行流延成型，干燥，得到氧化铝流延膜和氧化锆流延膜；步骤2，将所述氧化铝流延膜和氧化锆流延膜按单层交替叠加的方式交替叠片后温等静压压制成型，得到复合陶瓷生坯；步骤3，将所述复合陶瓷生坯进行排胶处理后烧结，得到所述氧化铝陶瓷基板。6.根据权利要求5所述的氧化铝陶瓷基板的制备方法，其特征在于，所述氧化铝陶瓷流延浆料的制备方法包括以下步骤：将氧化铝粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯和聚乙二醇及邻苯二甲酸二丁酯加入到溶剂中混合，球磨，真空除泡得到所述氧化铝陶瓷流延浆料；其中所述氧化铝粉体、聚乙烯醇缩丁醛酯、聚乙二醇、邻苯二甲酸二丁酯和溶剂的质量比为(30
‑
38):2.75:2:1:15；所述氧化锆陶瓷流延浆料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，马伟刚，谭划，刘凯，高华昀，易宝林，
申请(专利权)人：华中师范大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：