刮刀成型法之碳化矽厚薄板生产技术开发研究-中华科技大学.PDF

Journal of China University of Science and Technology Vol.62-2015.04 刮刀成型法之碳化矽厚薄板生產技術開發研究 Production technology development for the thick and thin plates of silicon carbide by the doctor-blade method 吳玉祥 1 詹宜軒 2 林博文3 Yu-Shiang Wu Yi-Shuan Chan Bo-Wen Lin 1 中華科技大學機械工程學系暨機電光研究所教授兼工程 學院院長 2 中華科技大學機電光研究所碩士 3 凱樂士股份有限公司總經理 1Professor, Department of Mechanical Engineering, China University of Science and Technology 2Master, Graduate School of Optomechatronics, China University of Science and Technology 3General manager, Kallex Company Ltd. 摘 要 本研究探討利用刮刀成型法，製備碳化矽(SiC) 陶瓷散熱用厚薄板的量產技 術，方法是將噴霧造粒過的碳化矽粉末，混合一定比例的分散劑、黏結劑、燒結 助劑和溶劑等，製作成相當黏度的漿料。製程先通過投料口，再經由刮刀成型設 備的輸送帶，均勻鋪展於佈有離型模的平台上，等待黏結劑揮發後從離型膜取下， 形成特定厚薄度且具有光滑面和強度的碳化矽生胚。研究中所使用的碳化矽原料 為 α相粉體(α-SiC) 。材料特性分析方法是使用 XRD觀察 SiC晶相變化， SEM觀 察粉體和生坯表面形貌與造粒後的顆粒大小。將製程中依照不同刮刀法的參數， 刮出各種尺寸與厚度碳化矽的厚薄板生胚，乾燥後進行生胚最關鍵的脫酯－燒結 製程 ，發現在 500℃、2 hr脫酯條件下，較能夠明顯改善添加劑的凝聚現象，其脫 酯的燒失率為 17.0 wt.%，分別包括成型時和造粒製程中所添加8.2 wt.%和 8.8 wt.% 黏結劑，燒失率測量值與 TGA( 空氣氣氛)分析結果一致。脫酯後的試片以 2000℃、 1 hr條件進行真空燒結，燒結後的試片再利用熱傳導係數分析儀，測得碳化矽厚薄 板熱傳導係數。實驗結果顯示生胚厚度為 1.15 mm 、長寬50x50 mm 之碳化矽試片 燒結最緻密，燒結密度為2.70 g/cm3 ，相對熱傳導係數為73.36 W/m ･K ，比商業化 的低溫共燒 (LTCC) 8~15 W/m ･K ，具備更佳的散熱能力。 關鍵字 ：碳化矽、刮刀成型法、陶瓷散熱基板、燒結、熱傳導係數 1 刮刀成型法之碳化矽厚薄板生產技術開發研究 Abstract This study investigated the mass production for thin and thick films of SiC-ceramic substrate by doctor-blade method. In the beginning of process, sprayed drying SiC powder was mixed with a proportion of dispersant, binder, sintering additive and so