一种氮化硅流延膜带及其制备方法、氮化硅陶瓷基板及其制备方法和车用功率模块与流程

本发明涉及氮化硅陶瓷，尤其是涉及一种氮化硅流延膜带及其制备方法、氮化硅陶瓷基板及其制备方法和车用功率模块。

背景技术：

1、伴随汽车电动化的快速发展，用户补能效率提升需求明确。为进一步提升电动汽车的充电速度，整车电压平台向800v甚至更高压方向发展，功率半导体器件需要应对更高电压、更高频率及更高功率密度等工况带来的严峻散热考验。氮化硅陶瓷基板与氧化铝、氮化铝等传统陶瓷基板相比，在热导率、抗弯强度、断裂韧性等方面展现出更均衡的优异性能，因此是车用功率半导体理想的散热材料。伴随第三代半导体技术的规模化应用，当前氮化硅陶瓷基板已经实际应用在整车功率半导体封装领域。

2、车用氮化硅陶瓷基板制备工艺流程主要分为混料、配浆、流延成型、切片叠层、静压、排胶脱脂、烧结等步骤。一方面工艺过程复杂致使工艺成本较高，另一方面原材料及配方组成和各工艺相关参数等多个因素均会影响陶瓷基板最终的产品性能，这也导致了氮化硅陶瓷基板的批量一致性较差，量产产品合格率相对较低。

3、车用氮化硅陶瓷基板的厚度一般为0.25~0.65mm，通过陶瓷浆料配方组成及流延成型工艺参数优化制备厚氮化硅流延膜带可进一步取消陶瓷基板制备过程中的切片叠层和静压工艺，因此是简化工艺步骤、降低工艺成本、提升产品批量一致性及量产产品合格率的主要研究方向。厚氮化硅流延膜带的制备需：进一步提高陶瓷浆料的固含量；在满足流延操作条件下提升浆料粘度；优化流延成型过程中的溶剂挥发速率。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种氮化硅流延膜带的制备方法，通过氮化硅粉体表面两步接枝改性和浆料配方优化，实现了厚氮化硅流延膜带制备，简化后续氮化硅陶瓷基板的制备工艺。

2、本发明的第二目的在于提供一种氮化硅流延膜带。

3、本发明的第三目的在于提供一种氮化硅陶瓷基板的制备方法。

4、本发明的第四目的在于提供一种氮化硅陶瓷基板。

5、本发明的第五目的在于提供一种车用功率模块。

6、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

7、本发明提供了一种氮化硅流延膜带的制备方法，氮化硅流延浆料经流延成型后，得到氮化硅流延膜带；

8、其中，所述氮化硅流延浆料包括改性陶瓷粉体悬浮液、粘结剂和增塑剂；

9、所述改性陶瓷粉体悬浮液包括改性氮化硅粉体、烧结助剂和溶剂；所述改性氮化硅粉体包括表面依次经硅烷偶联剂和多酚接枝改性的氮化硅粉体；所述硅烷偶联剂中含有氨基基团和/或巯基基团；

10、所述溶剂包括无水乙醇、丁酮和环己酮。

11、进一步地，所述改性陶瓷粉体悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

12、s1、将氮化硅粉体和烧结助剂依次进行研磨、烘干和过筛，得到混合粉体；

13、s2、将所述混合粉体和溶剂进行研磨，得到陶瓷粉体悬浮液；

14、s3、将硅烷偶联剂和所述陶瓷粉体悬浮液混合，调节ph为6.5~7，然后进行研磨，得到一次接枝陶瓷粉体悬浮液；

15、s4、将多酚和所述一次接枝陶瓷粉体悬浮液混合，调节ph为7.5~8.5，然后进行研磨，得到所述改性陶瓷粉体悬浮液。

16、进一步地，包括以下特征（1）至（5）中的至少一种；

17、（1）所述氮化硅粉体和所述烧结助剂的质量比为（95~85）：（5~15）；

18、（2）所述氮化硅粉体的平均粒径为0.5~1.2μm；

19、（3）所述氮化硅粉体的比表面积为7~20m2/g；

20、（4）所述烧结助剂包括含氮非氧化物烧结助剂；

21、（5）所述烧结助剂的平均粒径为≤1μm。

22、进一步地，包括以下特征（1）至（6）中的至少一种；

23、（1）所述溶剂中，无水乙醇、丁酮和环己酮的质量比为（30~70）：（70~30）：（5~10）；

24、（2）所述混合粉体和所述溶剂的质量比为100：（40~100）；

25、（3）所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、n-(氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；

26、（4）所述硅烷偶联剂和所述混合粉体的质量比为（2~5）：100；

27、（5）所述多酚包括单宁酸、多巴胺、黄芩素、没食子酸、焦棓酸、儿茶酚和表焙儿茶素中的至少一种；

28、（6）所述多酚和所述混合粉体的质量比为（2~5）：100。

29、进一步地，包括以下特征（1）至（7）中的至少一种；

30、（1）所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚丙烯酸树脂中的至少一种；

31、（2）所述粘结剂和所述混合粉体的质量比为（5~15）：100；

32、（3）所述增塑剂包括聚丙三醇、聚乙二醇、聚丙二醇、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸丁苄酯中的至少一种；

33、（4）所述增塑剂和所述混合粉体的质量比为（5~15）：100；

34、（5）所述氮化硅流延浆料的粘度为1500~10000mpa·s；

35、（6）所述流延成型包括：采用流延机刮刀将氮化硅流延浆料刮涂于流延基带上，然后进行干燥处理，得到所述氮化硅流延膜带；

36、（7）所述流延机刮刀的高度为0.4~1.2mm；所述流延基带的速度为0.3~2m/min；所述干燥处理的温度为20~80℃，加热温区长度为10~40m。

37、本发明还提供了一种氮化硅流延膜带，采用如上所述的氮化硅流延膜带的制备方法制得。

38、优选地，所述氮化硅流延膜带的厚度为0.25~1mm。

39、本发明还提供了一种氮化硅陶瓷基板的制备方法，将如上所述的氮化硅流延膜带依次进行排胶脱脂和烧结后，得到氮化硅陶瓷基板。

40、进一步地，包括以下特征（1）至（4）中的至少一种；

41、（1）所述排胶脱脂的温度为500~800℃；

42、（2）所述排胶脱脂的保温时间为1~3h；

43、（3）所述烧结的温度为1750~2000℃；

44、（4）所述烧结的保温时间为2~10h。

45、本发明还提供了一种氮化硅陶瓷基板，采用如上所述的氮化硅陶瓷基板的制备方法制得。

46、优选地，所述氮化硅陶瓷基板的厚度为0.2~0.8mm。

47、本发明还提供了一种车用功率模块，包括如上所述的氮化硅陶瓷基板。

48、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

49、本发明提供的氮化硅流延膜带的制备方法，通过对氮化硅粉体表面依次进行硅烷偶联剂和多酚的两步化学接枝改性，并配合无水乙醇、丁酮和环己酮的三元混合溶剂体系，优化流延浆料配方，实现了流延浆料流变性的改善和固含量的提升，实现厚流延膜带的制备，并进一步简化陶瓷基板的制备工艺，降低工艺成本。