具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

氧化锆由于具有高的断裂韧性、强度、硬度和耐磨性等特点，显现出优良的机械性能，在陶瓷中能起到增韧效果。四方相氧化锆受外力(温度和应力)的影响，氧化锆从四方结构向单斜结构转变时产生相变效应，吸收破坏的能量，抑制裂纹的变化和延伸，这种变化称为马氏体转变。当ZrO₂从高温冷却到室温要经历c→t→m的同质异构转变，其中，由t→m的相变过程要产生3～5％的体积膨胀，加热至1170℃时m-ZrO₂转变为t-ZrO₂，这种转变过程则发生体积收缩，这种t相合m相之间的相变称为ZrO₂马氏体相变，马氏体相变时发生的体积变化使ZrO₂的增韧效果得以实现。

但是氧化锆材料本身的热导率偏低，只有2～5W/m·K，用于氮化铝陶瓷增韧时，会造成陶瓷热导率下降，还容易发生氧化锆颗粒团聚而导致陶瓷均一性差的问题，进而影响氮化铝陶瓷的力学性能。

本发明一实施方式提供了一种复合氧化锆粉体，复合氧化锆粉体为核壳结构，其内核为纳米氧化锆，其壳层为氧化铝及氮化铝的混合物。

上述复合氧化锆粉体为核壳结构，其内核结构为纳米氧化锆，其壳层结构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，避免氧化锆反应生成杂质导致氧化锆含量减少，达不到预期的增韧效果，同时由于氧化锆表面包覆氧化铝/氮化铝壳层，氧化锆不易发生团聚，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基板使用要求的情况下，具有优良的力学性能。

在其中一些实施例中，内核与壳层的质量比为1：(0.4～2.7)。

在其中一些实施例中，复合氧化锆粉体的粒径为60nm～130nm。

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

参阅图1，本发明另一实施方式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S110～S140。

步骤S110：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。

步骤S120：向悬浮液中加入pH调节剂，调节悬浮液的pH为7～8，静置，过滤，干燥，得到第一混合粉体。

步骤S130：将第一混合粉体在氮气气氛下，1200℃～1600℃煅烧，得到第二混合粉体。

步骤S140：将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。

上述复合氧化锆粉体的制备方法，首先将纳米氧化锆粉与氧化铝前驱体混合，在特定pH条件下，氧化铝前驱体反应生成AlOOH，沉积在氧化锆粉体表面；然后第一混合粉体在氮气气氛中煅烧，使得AlOOH原位氮化生成AlN包覆于氧化锆表面；再将第二混合粉体在空气气氛中煅烧除碳，得到复合氧化锆粉体。上述复合氧化锆粉体的制备方法工艺简单，成本较低，制得的复合氧化锆粉体用于氮化铝陶瓷增韧剂的增韧效果良好。

在其中一些实施例中，分散剂选自磷酸酯，丙烯酸盐及鱼油中的至少一种。

在其中一些实施例中，纳米氧化锆粉、氧化铝前驱体、活性炭、分散剂及水的质量比为1：(3～15)：(0.2～3)：(0.01～0.5)：(2～15)。进一步地，纳米氧化锆粉、氧化铝前驱体、活性炭、分散剂及水的质量比为1：(3.26～13.9)：(0.44～2.39)：(0.1～0.36)：(4.7～13.9)。

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

在其中一些实施例中，pH调节剂为氨水或碳酸氢钠。

在其中一些实施例中，步骤S120中静置的时间为2小时～5小时。通过静置，可使反应生成AlOOH均匀沉积在氧化锆粉体的表面。

在其中一些实施例中，步骤S130中第一混合粉体在1200℃～1600℃煅烧的时间为2小时～10小时；

在其中一些实施例中，步骤S140中第二混合粉体在600℃～700℃煅烧的时间为1小时～5小时。

在其中一些实施例中，经过步骤S140煅烧的复合氧化锆粉体中碳含量＜1％。

本发明另一实施方式还提供了一种氮化铝陶瓷基板，按照质量份数计，其制备原料包括：

氮化铝粉体 70份～95份；

增韧剂 3份～25份；及

烧结助剂 1份～10份；

其中，增韧剂为上述的复合氧化锆粉体。

上述的氮化铝陶瓷基板制备原料包括特定含量的增韧剂、氮化铝粉体和烧结助剂。采用复合氧化锆粉体作为增韧剂，与其他制备原料相互配合，在保证氮化铝陶瓷基板高的热导率的情况下，能够有效提升氮化铝陶瓷基板的抗弯强度和断裂韧性，氮化铝陶瓷基板的各项力学性能优异，尤其适用于作为半导体封装基板。同时由于掺杂的氧化锆在氮化铝陶瓷基板中不易发生团聚，因此氮化铝陶瓷基板的均一性良好。

在其中一些实施例中，烧结助剂选自稀土金属氧化物、碱土金属氧化物及金属氟化物中的至少一种。

具体地，烧结助剂可以选自氧化钇、氟化钇、氧化钙、碳化钙、氟化钙及氧化硼中的至少一种。烧结助剂有助于提升氮化铝陶瓷基板的致密性。

在其中一些实施例中，氮化铝粉体的质量份数为80份～92份，增韧剂的质量份数为5份～15份，烧结助剂的质量份数为3份～5份。上述氮化铝陶瓷基板不仅热导率高且具有良好的抗弯强度和断裂韧性。

在其中一些实施例中，氮化铝陶瓷基板的制备原料还包括粘结剂、增塑剂、分散剂及消泡剂等化学助剂。

在其中一些实施例中，氮化铝陶瓷基板的热导率为120W/m·K～175W/m·K，抗弯强度为480MPa～580MPa，断裂韧性为4.0MPa·m^1/2～5.0MPa·m^1/2。进一步地，氮化铝陶瓷基板的热导率为141W/m·K～172W/m·K，抗弯强度为521.1MPa～567.3MPa，断裂韧性为4.03MPa·m^1/2～4.82MPa·m^1/2。

参阅图2，本发明另一实施方式还提供了上述的氮化铝陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤S210～S230。

步骤S210：将增韧剂、氮化铝粉体及烧结助剂球磨混合，制备流延浆料。

步骤S220：流延成型制备流延生坯。

步骤S230：排胶，烧结，得到氮化铝陶瓷基板。

上述的氮化铝陶瓷基板的制备方法工艺简单，成本较低，制备得到的氮化铝陶瓷基板具有良好的导热性能和力学性能。

在其中一些实施例中，排胶的温度为450℃～600℃。

在其中一些实施例中，烧结的温度为1700℃～1900℃，烧结的时间为1小时～10小时。

本发明另一实施方式还提供了上述的氮化铝陶瓷基板作为半导体封装基板的应用。

本发明另一实施方式还提供了一种电子设备，电子设备的芯片包括上述的氮化铝陶瓷基板。

上述电子设备在芯片中采用上述氮化铝陶瓷基板作为半导体封装基板，由于氮化铝陶瓷基板具有较好的热导率和力学性能，在大电流、高温度等使用条件下较为稳定，不易发生损坏，电子设备的寿命较长。

在其中一些实施例中，电子设备包括但不限于计算机、智能手机。

以下通过具体实施例对本发明的复合氧化锆粉体、氮化铝陶瓷基板及其制备方法做进一步说明。

实施例1：

本实施例的复合氧化锆粉体的制备方法如下：

称量100g纳米氧化锆粉、520g AlCl₃、50.5g活性炭粉、6.7g鱼油分别添加到800g水中充分搅拌分散均匀，然后缓慢滴加氨水至水溶液pH值到7；将溶液静置5小时，待反应结束后，过滤并干燥得到的沉淀物。将干燥好的混合粉体放入烧结炉内，在氮气气氛条件下升温到1350℃保温2小时。将煅烧后的混合粉体放入空气气氛烧结炉中，升温到650℃除碳，使粉体中的碳含量＜1％，即得到复合氧化锆粉体。制得的复合氧化锆粉体的内核与壳层的质量比为1:0.82，内核粒径为65nm，壳层厚度为15nm。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体7.8份，氮化铝粉体89份，及Y₂O₃3.5份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，450℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例2：

本实施例的复合氧化锆粉体的制备方法如下：

称量100g纳米氧化锆粉、1100g Al₂(SO₄)₃、133g活性炭粉、14g鱼油分别添加到1400g水中充分搅拌分散均匀，然后缓慢滴加氨水至水溶液pH值到7.5；将溶液静置3.5小时，待反应结束后，过滤并干燥得到的沉淀物。将干燥好的混合粉体放入烧结炉内，在氮气气氛条件下升温到1400℃保温2小时。将煅烧后的混合粉体放入空气气氛烧结炉中，升温到650℃除碳，使粉体中的碳含量＜1％，即得到复合氧化锆粉体。制得的复合氧化锆粉体的内核与壳层的质量比为1:1.33，内核粒径为82nm，壳层厚度为22nm。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体12份，氮化铝粉体83份，及CaF₂5份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，650℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例3：

本实施例的复合氧化锆粉体的制备方法如下：

称量100g纳米氧化锆粉、850g Al₂(NO₃)₃、83g活性炭粉、10.33g鱼油分别添加到1050g水中充分搅拌分散均匀，然后缓慢滴加氨水至水溶液pH值到8；将溶液静置3.5小时，待反应结束后，过滤并干燥得到的沉淀物。将干燥好的混合粉体放入烧结炉内，在氮气气氛条件下升温到1400℃保温2小时。将煅烧后的混合粉体放入空气气氛烧结炉中，升温到650℃除碳，使粉体中的碳含量＜1％，即得到复合氧化锆粉体。制得的复合氧化锆粉体的内核与壳层的质量比为1:0.97，内核粒径为79nm，壳层厚度为28nm。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体25份，氮化铝粉体70份，及Y₂O₃5份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，850℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例4：

本实施例中所用复合氧化锆粉体与实施例1相同。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体3份，氮化铝粉体95份，及Y₂O₃2份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，450℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例5：

本实施例中所用复合氧化锆粉体与实施例2相同。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体15份，氮化铝粉体80份，及CaF₂5份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，650℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例6：

本实施例中所用复合氧化锆粉体与实施例3相同。

本实施例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取上述复合氧化锆粉体5份，氮化铝粉体92份，及Y₂O₃3份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，850℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

对比例1：

对比例1的氮化铝陶瓷基板的制备方法与实施例1基本相同，区别在于，对比例1的氮化铝陶瓷基板未添加复合氧化锆粉体。

对比例2：

本对比例的氮化铝陶瓷基板的制备方法如下：

按照质量份数，称取纳米氧化锆粉体7.8份，氮化铝粉体89份，及Y₂O₃ 3.5份，球磨混合后通过流延工艺制备陶瓷基板生坯，450℃温度下排胶，然后在1800℃温度下烧结2小时，得到本实施例的氮化铝陶瓷基板。

实施例1～6及对比例1～2制备得到的氮化铝陶瓷基板的导热性能及力学性能测试结果见表1。

表1实施例1～6及对比例1～2制备得到的氮化铝陶瓷基板的导热性能及力学性能测试结果

从表1数据可以看出，实施例1～6制备的氮化铝陶瓷基板的热导率为141W/m·K～172W/m·K，抗弯强度为521.1MPa～567.3MPa，断裂韧性为4.03MPa·m^1/2～4.82MPa·m^1/2，具有良好的导热性能和力学性能。与对比例1制备的普通氮化铝陶瓷基板相比，实施例1～6制备的氮化铝陶瓷基板通过首先制备氧化铝/氮化铝包覆的氧化锆粉体作为增韧剂，与氮化铝粉体、烧结助剂在一定的配比下，制备得到氮化铝陶瓷基板在满足半导体封装基板热导率要求的情况下，具有改善的抗弯强度和断裂韧性，氮化铝陶瓷基板的力学性能更好。与对比例2的氮化铝陶瓷基板相比，实施例1～6制备的氮化铝陶瓷基板热导率更高，且抗弯强度和断裂韧性均有明显的提高，这说明具有独特结构的复合氧化锆粉体作为增韧剂，能够在保证氮化铝陶瓷基板热导率的情况下，极大地提升氮化铝陶瓷基板的抗弯强度和断裂韧性，相较于直接加入氧化锆或氧化铝制备氮化铝陶瓷基板的增韧效果更佳。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所述附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。