本發(fā)明涉及氮化鋁陶瓷的制備方法，特別涉及一種無苯流延制備氮化鋁陶瓷基片的方法，屬于陶瓷成型技術領域。

背景技術：

AlN陶瓷具有優(yōu)良的絕緣性、導熱性、耐高溫性、耐腐蝕性以及與硅的熱膨脹系數(shù)相匹配等優(yōu)點，成為新一代大規(guī)模集成電路、半導體模塊電路及大功率器件的理想散熱和封裝材料。

目前，制備AlN陶瓷基片的主要方法是流延成型，且大多數(shù)為有機溶劑流延成型。流延成型技術由Glenn N.Howatt首次提出并成功地將其應用于微波介質(zhì)陶瓷多層電容器的制備。流延成型技術設備簡單，有利于連續(xù)性操作，基本上實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率較高，而其制備膜片的成本較低，較適合工業(yè)化生產(chǎn)，在普通的流延機上進行流延成型制備出厚度10μm～1mm的薄片。盡管經(jīng)過幾十年的發(fā)展，流延成型技術已經(jīng)應用于工業(yè)生產(chǎn)，但仍存在很多問題。目前，在工業(yè)化生產(chǎn)中，有機溶劑流延成型采用的是具有一定毒性的有機溶劑，如苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等毒性較大的溶劑，對環(huán)境的污染較為嚴重，且危害身體健康。后來，由于混合溶劑的表面張力與相對介電常數(shù)等綜合性能優(yōu)于單一組分，漿料的黏度明顯偏低，并且有效地增加粘結劑PVB的溶解度，避免了干燥過程中流延薄片的開裂，許多研究者都采用醇類溶劑和苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等作為混合溶劑，但仍存在環(huán)境污染和危害。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種適于氮化鋁陶瓷基片工業(yè)化生產(chǎn)的流延成型方法，解決傳統(tǒng)流延成型技術存在的問題，減少環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本，形成一種成膜快、干燥快、有機物含量低、坯體結構均勻和性能好的流延技術制備氮化鋁陶瓷基片的方法，有利于實現(xiàn)氮化鋁陶瓷基片的工業(yè)化生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種流延成型制備氮化鋁陶瓷基片的方法，包括如下步驟：

(1)初次球磨：將兩種或兩種以上的醇類溶劑按比例配置成混合溶劑，然后將混合溶劑、分散劑、AlN陶瓷粉末和燒結助劑混合進行初次球磨。

初次球磨的球料質(zhì)量比優(yōu)選為0.5:1～3:1混合溶劑的加入量為AlN陶瓷粉末體積的 20％～80％，球磨時間優(yōu)選為4～24h。其中所述醇類溶劑包括無水乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇等；分散劑例如聚甲基丙烯酸銨、聚乙烯亞胺(PEI)、磷酸酯、聚丙烯酸銨等或它們的混合物；燒結助劑例如氧化釔、氧化鏑、氧化硼、氧化鈣、氧化鋰等物質(zhì)或是它們的混合物。所述混合溶劑優(yōu)選為無水乙醇和丙醇的組合、無水乙醇和異丙醇的組合或者無水乙醇和丁醇的組合，上述混合溶劑中各組分優(yōu)選的體積比例依次為1:0.25～0.5:1，1:0.2～0.25:1，1:0.5～1:1，最優(yōu)選為無水乙醇和異丙醇體積比為1:1的混合溶劑。

(2)二次球磨：在初次球磨得到的AlN漿料中加入增塑劑和粘結劑，以增加AlN薄片的柔韌性和拉伸強度，然后進行二次球磨。

二次球磨時間優(yōu)選為4h～30h。通常，增塑劑的加入量為AlN陶瓷粉末重量的0.2％～5％，粘結劑的加入量為AlN陶瓷粉末重量的0.5％～5％。增塑劑例如鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、聚乙二醇、甘油、聚醚多元醇及油酸或它們的混合物；粘結劑例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和丙烯酸酯或它們的混合物。

(3)真空除泡：將二次球磨得到的AlN漿料進行真空攪拌除泡。

真空脫泡的攪拌速度優(yōu)選為30～100轉/min，真空脫泡時間優(yōu)選為5～30min。

(4)流延成型：將真空除泡得到的AlN漿料進行流延操作，得到AlN坯體。

流延溫度優(yōu)選為20～40℃；對于厚度小于1mm的氮化鋁生坯基片，流延速度為2m/min～5m/min；對于厚度大于1mm的氮化鋁生坯基片，流延速度為0.2m/min～4m/min。

(5)薄片干燥：將AlN坯體干燥，并從流延薄膜上剝離下來。

對于厚度小于1mm的AlN生坯基片，優(yōu)選干燥溫度為30～45℃，時間為30min～2h；對于厚度大于1mm的AlN生坯基片，優(yōu)選干燥溫度為40～70℃，時間為1.5h～4h。坯體干燥到一定程度，可將坯體薄片從流延薄膜上剝離，然后進行切割和打孔。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：第一，本方法采用廉價的醇類(乙醇、丙醇、異丙醇等)為混合溶劑，成功取代傳統(tǒng)流延成型有毒溶劑(苯、甲苯、二甲苯、丁酮等)，不僅減少了環(huán)境污染，還大大降低了生產(chǎn)成本。第二，由于無水乙醇和異丙醇等醇類溶劑的飽和蒸汽壓比苯類溶劑的飽和蒸汽壓大，因此，在干燥過程中，通過合理的調(diào)整混合溶劑中不同醇類溶劑的比例，可實現(xiàn)AlN流延生坯的快速高效干燥，縮短干燥時間；第三，無水乙醇和異丙醇等醇類溶劑的表面張力比苯類或酮類溶劑的表面張力小，對AlN顆粒的潤濕效果較好，有利于得到高固含量、高均一性的AlN流延漿料。該方法工藝簡單，可制備出結構均勻、 致密度高的AlN坯體和陶瓷，產(chǎn)品穩(wěn)定性較高，推進了AlN陶瓷基片的工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是實施例一制備的AlN陶瓷薄片的SEM圖。

圖2是實施例二制備的AlN陶瓷薄片的SEM圖。

圖3是實施例三制備的AlN陶瓷薄片的SEM圖。

具體實施方式

下面通過實施例進一步說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

實施例一

將無水乙醇30mL、異丙醇30mL、分散劑磷酸酯1.3g、AlN粉末124g和氧化釔6g混合，按球料質(zhì)量比2:1進行初次球磨6h。然后加入增塑劑甘油6.5g和粘結劑PVB6.5g，再次球磨10h，得到AlN流延漿料。AlN漿料在40轉/min的攪拌速度下真空脫泡20min，在流延機溫度為45℃時進行流延，流延速度為1m/min。干燥2h后，得到厚度為1.1mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM圖如圖1所示，可以看出所制備的AlN陶瓷結構均勻，致密度高。

實施例二

將無水乙醇45mL、丙醇15mL、分散劑磷酸酯1.5g、AlN粉末100g和氧化釔3g混合，按球料質(zhì)量比3:1進行初次球磨12h。然后加入增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯3g和粘結劑PVB 2g，再次球磨20h，得到AlN流延漿料。AlN漿料在80轉/min的攪拌速度下真空脫泡15min，在流延機溫度為35℃時進行流延，流延速度為2m/min。干燥1.5h后，得到厚度為0.85mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM圖如圖2所示，所制備的AlN陶瓷結構均勻，致密度高。

實施例三

將無水乙醇55mL、丁醇30mL、分散劑聚乙烯亞胺2g、AlN粉末120g、氧化鈣2.4、氧化鋰3.6g混合，按球料質(zhì)量比1:1進行初次球磨20h。然后加入增塑劑鄰苯二甲酸丁芐酯2.5g和粘結劑PVB 1.8g，再次球磨18h，得到AlN流延漿料。AlN漿料在60轉/min的攪拌速度下真空脫泡25min，在流延機溫度為30℃時進行流延，流延速度為4m/min。干燥3h后，得到厚度為0.55mm的AlN生坯薄片。所得AlN陶瓷的SEM圖如圖3所示，所制備的AlN陶瓷結構均勻，致密度高。