一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺制造技术

本发明专利技术提供一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺，涉及陶瓷材料制备技术领域。该一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺，包括以下重量份的原料：氮化硅80

【技术实现步骤摘要】
一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料制备
，具体为一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺。

技术介绍

[0002]功率电子器件在电力存储，电力输送，电动汽车，电力机车等众多工业领域得到越来越广泛的应用，随着功率电子器件本身不断地大功率化和高集成化，芯片在工作过程中将会产生大量的热，如果这些热量不能及时有效地发散出去，功率电子器件的工作性能将会受到影响，严重的话，功率电子器件本身会被破损，这就要求担负绝缘和散热功能的陶瓷基板封装材料必须具备卓越的机械性能和导热性能，氮化硅(BN)具有强度高、韧性好、耐热冲击、耐腐蚀和耐磨损等性能，在航空航天、机械、核能、化工、海洋工程、装甲防护等领域具有广泛的应用。
[0003]目前，虽然氮化硅理论热导率较高，但烧结氮化硅陶瓷的热导率却远低于理论值，出现这一现象的主要原因之一是晶格中杂质含量高，特别是晶格中氧含量严重影响其热导率，因此如何降低晶格中的杂质含量来提高碳化硅基本材料热导率的一个研发方向，并且现有的一些氮化硅基板材料制备的成本较高，为了解决上述问题需要一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺，解决了晶格中杂质含量高，特别是晶格中氧含量严重影响氮化硅基板材料热导率以及成本高的问题。
[0005]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺，包括以下重量份的原料：氮化硅80
‑
100份、硅粉4
‑
8份、添加剂5
‑
10份。
[0006]优选的，所述添加剂为氮化物和氧化物中的一种或多种混合物，其中氮化物包括Li3N、Mg3N2、MgSiN2、AlN、TiN、TaN中的一种或几种,氧化物包括Y203、CaO、Al2O3、MgO、ZnO、Fe2O3、TiO2及稀土氧化物中的一种或几种。
[0007]优选的，包括以下制备步骤：
[0008]步骤一：根据需要称取氮化硅投入到研磨机中得到氮化硅粉，然后将氮化硅粉通过脱氧设备进行脱氧处理，冷却后得到脱氧氮化硅粉体；
[0009]步骤二：将步骤一得到的脱氧氮化硅粉体与硅粉加入球磨机一中进行首次球磨混合，得到混合料；
[0010]步骤三：将步骤二中的混合料与添加剂加入到球磨机二中进行再次球磨混合，从而得到混合均匀的氮化硅基板材料浆料；
[0011]步骤四：将步骤三中的氮化硅基板材料浆料放入到造粒机中进行喷雾造粒，得到氮化硅基板材料粉料，然后将氮化硅基板材料粉料放入到成型压机中进行压制成型，从而
得到氮化硅基板材料坯体；
[0012]步骤五：将步骤四中得到氮化硅基板材料坯体首先投入到排胶设备中进行氮化硅基板材料坯体中有机成分热机去除，然后投入到烧结炉中在惰性气体环境下进行预烧结，保温一定时间完成后，以一定的升温速度对烧结炉进行加热升温，升温到预定温度后进行高温烧结作业，并保温指定时间后降温到常温状态，从而得到氮化硅基板材料；
[0013]步骤六：将步骤五中得到的氮化硅基板材料放入清洗机构中进行清洗，清洗完成后放置到烘干设备中进行烘干作业，烘干完成的氮化硅基板材料输送到精加工工序进行精加工，精加工完成后由专门的检验人员进行检验核查，从而得到合格的产品，不合格的产品进行回收重造。
[0014]优选的，所述步骤一中的研磨机转速为120
‑
140r/min，脱氧设备的脱氧温度为1000
‑
1200℃，脱氧时间为2
‑
3h，脱氧环境为惰性气体环境，惰性气体为氮气或者氩气。
[0015]优选的，所述步骤二中的球磨机一的转速控制在120
‑
160r/min，所述步骤三中的球磨机二的转速控制在200
‑
280r/min。
[0016]优选的，所述步骤四中的成型压力为220
‑
480MPa，压制时间为3
‑
5min，所述步骤五中排胶设备的作业环境为真空环境，温度范围控制在440
‑
580℃，保温时间2
‑
6h。
[0017]优选的，所述步骤五中预烧结是在0.1
‑
50MPa的惰性气体中以1100
‑
1300℃，保温时间为60
‑
240分钟处理而成，升温速度为15
‑
25℃/min，高温烧结的温度为1900
‑
2100℃，环境为0.3
‑
80MPa的惰性气体中，保温时间为120
‑
480min。
[0018]本专利技术提供了一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺。具备以下有益效果：
[0019]1、本专利技术通过脱氧设备对氮化硅基板材料原料进行脱氧处理作业，使得原料中的含氧量降低，从而便于后续的加工降低晶格的含氧量，有效避免声子散射，进而提高制备的氮化硅基板材料的热导率，通过在制备氮化硅基板材料的原料中加入的硅粉，互相配合有利于在制备氮化硅基板材料烧结过程中除去氮化硅基板材料中蕴含的氧含量，从而降低晶格中的杂质含量，有利于提高氮化硅基板材料的热导率，在制备过程中加入的添加剂为氮化物和氧化物中的一种或多种混合物，具有分散剂和相容机的作用，使得原料分散效果更佳，提升了原料的相容效果，从而提升氮化硅基板材料内部密实度，使得氮化硅基板材料具有更加优异的强度和机械性能以及力学性能。
[0020]2、本专利技术通过研磨、脱氧、球磨混合、制粒、压制成型、排胶、烧结、清洗、精加工以及检验等工艺步骤加工制备得到氮化硅基板材料具有更加优良的强度和性能以及热导率，工艺过程简单，成本降低，更加适用于使用，同时在原料中加入的硅粉等物料都有利于可提高氮化硅基板材料的各方面强度和性能。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例，对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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]实施例一：
[0023]本专利技术实施例提供一种高热导率氮化硅基板材料及其加工工艺，包括以下重量份
的原料：氮化硅80份、硅粉4份、、添加剂5份。
[0024]添加剂为氮化物和氧化物中的一种或多种混合物，其中氮化物包括Li3N、Mg3N2、MgSiN2、AlN、TiN、TaN中的一种或几种,氧化物包括Y203、CaO、Al2O3、MgO、ZnO、Fe2O3、TiO2及稀土氧化物中的一种或几种。
[0025]一种高热导率氮化硅基板材料的加工工艺，包括以下制备步骤：
[0026]步骤一：根据需要称取氮化硅投入到研磨机中得到氮化硅粉，然后将氮化硅粉通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高热导率氮化硅基板材料，其特征在于：包括以下重量份的原料：氮化硅80
‑
100份、硅粉4
‑
8份、添加剂5
‑
10份。2.根据权利要求1所述的一种高热导率氮化硅基板材料，其特征在于：所述添加剂为氮化物和氧化物中的一种或多种混合物，其中氮化物包括Li3N、Mg3N2、MgSiN2、AlN、TiN、TaN中的一种或几种,氧化物包括Y203、CaO、Al 2O3、MgO、ZnO、Fe2O3、TiO2及稀土氧化物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种高热导率氮化硅基板材料的加工工艺，其特征在于：包括以下制备步骤：步骤一：根据需要称取氮化硅投入到研磨机中得到氮化硅粉，然后将氮化硅粉通过脱氧设备进行脱氧处理，冷却后得到脱氧氮化硅粉体；步骤二：将步骤一得到的脱氧氮化硅粉体与硅粉加入球磨机一中进行首次球磨混合，得到混合料；步骤三：将步骤二中的混合料与添加剂加入到球磨机二中进行再次球磨混合，从而得到混合均匀的氮化硅基板材料浆料；步骤四：将步骤三中的氮化硅基板材料浆料放入到造粒机中进行喷雾造粒，得到氮化硅基板材料粉料，然后将氮化硅基板材料粉料放入到成型压机中进行压制成型，从而得到氮化硅基板材料坯体；步骤五：将步骤四中得到氮化硅基板材料坯体首先投入到排胶设备中进行氮化硅基板材料坯体中有机成分热机去除，然后投入到烧结炉中在惰性气体环境下进行预烧结，保温一定时间完成后，以一定的升温速度对烧结炉进行加热升温，升温到预定温度后进行高温烧结作业，并保温指定时间后降温到常温状态，从而得到氮化硅基板材料；步骤六：将步骤五中得到的氮化硅基板材料放入清洗机构中进行清洗，清洗完成后放置到烘干设备中进行烘干作业，烘干完成的氮化硅基板材料输送到精加工工序进行精加工，精...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文伍，
申请(专利权)人：宁波银瓷新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：