本發(fā)明涉及的是一種高溫共燒氮化鋁（AlN）陶瓷的燒結(jié)方法，屬于電子陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于多芯片組件（MCM）和大功率陶瓷基板及外殼等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高溫共燒陶瓷（HTCC）按照材料體系可分為氧化鋁和氮化鋁等。氮化鋁高溫共燒陶瓷的主要優(yōu)點(diǎn)是熱導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高、電性能好、無(wú)毒以及熱膨脹系數(shù)與硅匹配等，主要應(yīng)用于MCM基板和封裝、大功率器件的基板、外殼、大功率LED封裝外殼等領(lǐng)域。氮化鋁陶瓷燒結(jié)溫度很高，一般在1600℃～2000℃，因此與之共燒的金屬漿料必須耐高溫，一般采用金屬鎢作為氮化鋁共燒的金屬化漿料。

氮化鋁的高溫共燒燒結(jié)由于有金屬化鎢，必須在還原性氣氛下燒結(jié)，防止鎢氧化。純氮化鋁的燒結(jié)溫度很高，因此難以共燒。一般在氮化鋁中加入少量的燒結(jié)助劑等來(lái)降低陶瓷的燒結(jié)溫度，同時(shí)燒結(jié)助劑不應(yīng)大幅度降低氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率和抗折強(qiáng)度。但是燒結(jié)助劑在燒結(jié)時(shí)形成的第二相在高溫下容易揮發(fā)，從而對(duì)陶瓷的強(qiáng)度和金屬化的強(qiáng)度造成很大影響，導(dǎo)致陶瓷燒結(jié)質(zhì)量下降。因此燒結(jié)時(shí)控制第二相的揮發(fā)是高溫共燒氮化鋁陶瓷燒結(jié)的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種高溫共燒氮化鋁陶瓷的燒結(jié)方法，其目的在于克服氮化鋁陶瓷燒結(jié)時(shí)的不足之處，使用合理的燒結(jié)裝置，減少燒結(jié)時(shí)第二相的揮發(fā)，從而使得燒結(jié)出的氮化鋁共燒陶瓷熱導(dǎo)率、抗折強(qiáng)度和金屬化強(qiáng)度滿足陶瓷基板、封裝外殼等的使用要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：一種高溫共燒氮化鋁陶瓷的燒結(jié)方法，包括以下步驟：

（1）使用氮化鋁生瓷和金屬化漿料按照多層陶瓷生產(chǎn)工藝制作氮化鋁生瓷件；

（2）將氮化鋁生瓷件在排膠爐中排膠；

（3）排膠后的氮化鋁瓷件放入雙重密閉承燒裝置中；

（4）將裝入氮化鋁瓷件產(chǎn)品的承燒裝置放入高溫氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：

1）該方法可以制備高溫共燒氮化鋁陶瓷，應(yīng)用于MCM基板和封裝、大功率器件的基板、外殼、大功率LED封裝外殼等領(lǐng)域；

2）使用本發(fā)明的方法燒結(jié)，可以避免氮化鋁陶瓷中第二相的過(guò)度揮發(fā)，得到的共燒氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率、抗折強(qiáng)度和金屬化強(qiáng)度滿足電子陶瓷的使用要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本燒結(jié)方法雙重密閉承燒裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

一種高溫共燒氮化鋁陶瓷的燒結(jié)方法，包括以下步驟：

（1）使用氮化鋁生瓷和金屬化漿料按照多層陶瓷生產(chǎn)工藝制作氮化鋁生瓷件；

（2）將氮化鋁生瓷件在排膠爐中排膠；

（3）排膠后的氮化鋁瓷件放入雙重密閉承燒裝置中；

（4）將裝入氮化鋁瓷件產(chǎn)品的承燒裝置放入高溫氣氛燒結(jié)爐中燒結(jié)。

所述多層陶瓷生產(chǎn)工藝包含以下步驟：生瓷配料、流延生瓷帶、生瓷帶分切成生瓷片、生瓷片印刷、生瓷片疊片層壓形成多層瓷片、多層生瓷片熱切成生瓷件。

所述的氮化鋁生瓷件組成包括AlN粉、助燒劑、粘結(jié)劑和增塑劑，它們間的重量比是助燒劑占總重量的3%～6%，粘結(jié)劑占總重量的5%～10%，增塑劑占總重量的3%～8%,余量是AlN粉。

所述的金屬化漿料為鎢金屬化漿料，其組成包括鎢粉、粘結(jié)劑和溶劑等，它們間的重量比是鎢粉80-90%、粘結(jié)劑5-8%，溶劑5-8%。溶劑可以是酒精、丙酮等。

所述將氮化鋁生瓷件在排膠爐中排膠：排膠氣氛為氮?dú)猓杉胖迷诔袩迳厦?，承燒板采用氮化鋁板或鎢板，升溫速率小于5℃/min，最高溫度350℃～450℃，保溫時(shí)間3～8小時(shí)，優(yōu)選5小時(shí)。

所述排膠后的氮化鋁瓷件放入雙重密閉承燒裝置中：

1）排膠后的承燒板和生瓷件從排膠爐取出后，先用鎢框放置在承燒板的上方并圍住排膠后的生瓷件；

2）可以多層疊放上述承燒板、排膠生瓷件和鎢框；

3）上述鎢框和承燒板的上面用氮化鋁板或鎢板罩住密閉，整體再用鎢盒罩密閉；

所述高溫氣氛爐燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)保溫溫度1800℃～1900℃，保溫時(shí)間2～8小時(shí)。

本發(fā)明通過(guò)排膠工藝將生瓷件內(nèi)有機(jī)粘結(jié)劑、溶劑等去除，高溫共燒采用雙重密閉結(jié)構(gòu)，防止高溫共燒氮化鋁陶瓷第二相在高溫?zé)Y(jié)時(shí)過(guò)多揮發(fā)，保證共燒陶瓷的熱導(dǎo)率、抗折強(qiáng)度和金屬化強(qiáng)度。使用本方法燒結(jié)的高溫共燒氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率大于大于170W/m.K，陶瓷抗折強(qiáng)度大于200MPa，金屬化焊接面積1mm²承受拉力大于20N；本方法燒結(jié)的高溫多層共燒氮化鋁陶瓷可應(yīng)用于MCM基板和封裝、大功率器件的基板、外殼、大功率LED封裝外殼等領(lǐng)域。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

制備高溫共燒氮化鋁陶瓷的燒結(jié)方法，該方法如下：

1）按照重量比80%AlN粉、4% 助燒劑（氧化釔、氧化鈣）、7%粘結(jié)劑、4%增塑劑，5%溶劑（丙酮）配置生瓷漿料，通過(guò)流延工藝生產(chǎn)AlN生瓷件； AlN生瓷片表面通過(guò)印刷工藝印刷鎢金屬化漿料；

2）將若干AlN生瓷件通過(guò)疊片、熱壓形成多層生瓷件，同時(shí)另取若干AlN生瓷件通過(guò)疊片、熱壓、生切或激光切割工藝制作抗折強(qiáng)度和熱導(dǎo)率測(cè)試的生瓷標(biāo)樣；

3）將生瓷件和生瓷標(biāo)樣放在AlN或鎢承燒板上，放入排膠爐中排膠。排膠氣氛是氮?dú)猓獨(dú)饬髁繛?m³/h。排膠升溫速率為1℃/min，排膠保溫溫度400℃，保溫時(shí)間5小時(shí)，400℃以下隨爐降溫；

4）排膠好的生瓷件和生瓷標(biāo)樣按照?qǐng)D1所示的方法，先用鎢框放置在排膠承燒板的上方并圍住排膠后的AlN生瓷件，多層疊放上述承燒板、排膠生瓷件、排膠生瓷標(biāo)樣和鎢框，共放5層，鎢框和承燒板的上面用氮化鋁板或鎢板罩住密閉，整體再用鎢盒罩密閉，組成雙重密閉的承燒裝置；

5）將承燒裝置放入到高溫氣氛燒結(jié)爐中。高溫?zé)Y(jié)爐升溫速率設(shè)置為10℃/min，保溫溫度1800℃，氣氛采用氫氣和氮?dú)饣旌蠚怏w，保溫時(shí)間設(shè)定為5小時(shí)。降溫速率是5℃/min，500℃以下隨爐降溫；

6）將燒結(jié)好的氮化鋁陶瓷和測(cè)試標(biāo)樣取出進(jìn)行檢驗(yàn)和性能測(cè)試。

使用抗折強(qiáng)度標(biāo)樣測(cè)試陶瓷的抗折強(qiáng)度，使用熱導(dǎo)率測(cè)試標(biāo)樣測(cè)試氮化鋁陶瓷的熱導(dǎo)率，在金屬化面積是1mm²的金屬化圖形上通過(guò)先鍍鎳，再用銀銅焊料焊接可伐引線的方式測(cè)量金屬化與氮化鋁陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度。

使用本方法燒結(jié)的氮化鋁陶瓷抗折強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，陶瓷的熱導(dǎo)率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，測(cè)試的5個(gè)金屬化樣品的掛重拉力全部大于20N。

表1 氮化鋁陶瓷抗折強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 氮化鋁陶瓷熱導(dǎo)率測(cè)試數(shù)據(jù)