[发明专利]复合氧化锆粉体、氮化铝陶瓷基板及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种复合氧化锆粉体、氮化铝陶瓷基板及其制备方法与应用。该复合氧化锆粉体包括内核及包裹于内核的壳层，内核为纳米氧化锆，壳层为氧化铝及氮化铝的混合物。通过在纳米氧化锆表面包覆氧化铝/氮化铝壳层，避免氧化锆粉体作为增韧剂加入氮化铝陶瓷时，氧化锆反应生成杂质而导致含量减少，达不到预期的增韧效果，因此能够保证氧化锆的增韧效果，同时由于氧化锆表面包覆氧化铝/氮化铝壳层结构，氧化锆颗粒不易发生团聚，因而能够保证陶瓷制品性能均一性。采用上述复合氧化锆粉体作为增韧剂得到的氮化铝陶瓷基板在保证热导率满足半导体封装基板使用要求的情况下，具有优良的力学性能。

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，具体涉及一种复合氧化锆粉体、氮化铝陶瓷基板及其制备方法与应用。

背景技术

半导体封装基板是用于承载电子元件及其之间连线的，是一种具有良好绝缘性的基板。随着半导体沿着大功率化、高频化和集成化方向的发展，对于半导体封装基板的材料要求也越来越高，例如要求其具有良好的绝缘性和抗击穿能力、高的热导率、与封装材料匹配的热膨胀系数、低的介电常数和低的介质损耗等特性。

目前常用的半导体封装用陶瓷基板材料主要有：氧化铍基板、氧化铝基板、氮化铝基板和氮化硅基板。其中，氧化铍基板虽然具有较高的热导率，但是其粉体有毒，会引起中毒且造成环境污染。氧化铝陶瓷基板是目前制作和加工技术最成熟的陶瓷基板材料，具有介电损耗低，电性能与温度相关性低，机械强度较高，化学稳定性好的优点，但因其热导率低，热膨胀系数高，目前只能应用与低端或者小功率器件。氮化硅陶瓷基板具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、高温蠕动小、抗氧化性能好、热腐蚀性能良好、摩擦系数小等诸多优异性能，但是其制备工艺条件复杂苛刻，对设备要求极高，良品率较低且生产成本高。氮化铝陶瓷基板的热导率高，可达150W/(m·K)以上，且热膨胀系数为(3.8～4.4)×10^-6/℃，与硅、碳化硅等半导体芯片材料的热膨胀系数匹配性较好，但是氮化铝陶瓷的力学性能较差，抗弯强度只有300MPa，在大电流、高温度的使用环境下极容易发生损坏，从而对半导体寿命造成不良影响。

发明内容

基于此，有必要提供一种具有较好的热导率和力学性能的氮化铝陶瓷基板及其制备方法与应用。

此外，还提供一种用于氮化铝陶瓷增韧的复合氧化锆粉体及其制备方法。

本发明的一个方面，提供了一种复合氧化锆粉体，所述复合氧化锆粉体包括内核及包裹于所述内核的壳层，所述内核为纳米氧化锆，所述壳层为氧化铝及氮化铝的混合物。

在其中一些实施例中，所述内核与所述壳层的质量比为1：(0.44～2.87)。

在其中一些实施例中，所述复合氧化锆粉体的粒径为60nm～130nm。

在其中一些实施例中，所述内核的径向尺寸为50nm～100nm，所述壳层的厚度为10nm～30nm。

本发明的另一方面，还提供了上述的复合氧化锆粉体的制备方法，包括以下步骤：

将纳米氧化锆粉、氧化铝前驱体、活性炭、分散剂及水混合均匀，得到悬浮液；

向所述悬浮液中加入pH调节剂，调节所述悬浮液的pH为7～8，静置，过滤，干燥，得到第一混合粉体；

将所述第一混合粉体在氮气气氛下，1200℃～1600℃煅烧，得到第二混合粉体；

将所述第二混合粉体在空气气氛下，600℃～700℃煅烧，得到复合氧化锆粉体。

在其中一些实施例中，所述氧化铝前驱体选自无水AlCl₃、Al(NO₃)₃及Al₂(SO₄)₃中的一种。