[发明专利]一种黑色氧化铝陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种黑色氧化铝陶瓷及其制备方法，制备方法包括：1)按质量分数取4～6％的三氧化二硼、13～15％的二氧化硅、55～59％的三氧化二铋、0.5～2％的二氧化锰、16～19％的氧化铜、0.8～1.5％的三氧化二钨、1～1.5％的三氧化二锑和0.8～2％的二氧化锗，混合后得到混合料；2)将混合料在950～1100℃下加热熔融后进行水淬，对水淬料烘干，得到黑色颗粒料；3)按质量分数取43～55％的黑色颗粒料、1～5％的煅烧高岭土、0.5～1％的二氧化钛和43～55％的蒸馏水，进行球磨得到黑色料浆；4)将氧化铝瓷浸入黑色料浆后取出烘干，再在830～850℃下加热后冷却，即得到黑色氧化铝陶瓷。

技术领域

本发明涉及氧化铝陶瓷制备技术领域，具体涉及一种黑色氧化铝陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，人们对封装的认识有了很大的改变。半导体集成电路封装的成本也在逐年增加，封装一跃成为半导体行业的宠儿。在国外，封装已经形成了一个独立的高技术产业，有专门的封装材料生产厂家和公司，有专门的封装材料开发中心及封装材料CAD软件。相比之下，国内的封装产业水平比较落后，还有较大的发展空间。

微电子封装对基板材料的要求是：(1)导热性好；(2)线膨胀系数与Si匹配；(3)高频性能好，即介电常数和介电损耗低。Al₂O₃陶瓷由于其良好的电绝缘性能、机械性能及化学性能，且耐热冲击，膨胀系数能与硅片匹配，再加上成本低，制造工艺成熟而被广泛用来做混合集成电路及多芯片组件的基板及封装外壳。有些集成电路对光敏感,为了满足其避光性的要求,开发了黑色Al₂O₃陶瓷。它除了具有普通Al₂O₃陶瓷的优点外，还有其自身的特点，如烧结温度低(比普通的Al₂O₃陶瓷烧结温度低200多度)，生产成本小。黑色Al₂O₃陶瓷封装材料避光性好，气密性较塑料封装材料强，密度比一般的金属封装材料低，特别适用于要求气密性好、可靠性高、避光性好的电子产品的封装，如用作某些军用集成电路、晶体振荡器件、光电器件的基板及封装管壳。选择黑色Al₂O₃陶瓷作为研究对象具有一定的必然性和可行性。塑料封装材料也可以被加工成黑色，但是黑色塑封料在耐湿性、气密性、化学稳定性及耐热冲击性能等方面较黑色Al₂O₃陶瓷封装材料差，难以满足某些特种封装的要求。在陶瓷封装材料中，AlN陶瓷烧成温度太高且不易通过配方和工艺的调整使之降低，故难以制得黑色AlN陶瓷。BeO陶瓷烧成温度高且有毒，限制了它的使用。纯的Al₂O₃陶瓷本身的烧成温度也是很高的，在助熔剂掺杂及特殊工艺条件下，Al₂O₃陶瓷的烧成温度大大降低，因而以Al₂O₃为主要原料可以得到黑色Al₂O₃陶瓷。目前，国内对黑色Al₂O₃陶瓷的整体研究水平还比较落后，尚没有具有自己独立知识产权的材料体系和专利，针对黑色Al₂O₃陶瓷的专门研究报道也很少，在黑色Al₂O₃陶瓷研究的专业化和实用化方面做得还很不够。常用的着色氧化物有Fe₂O₃、CoO、NiO、Cr₂O₃、MnO₂、TiO₂、V₂O₅等，这类色料通常以尖晶石(Me²⁺O·Me₂³⁺O₃)的形态存在。氧化铝陶瓷的主要组成Al₂O₃是一种高温下挥发较弱的氧化物，而常用的着色氧化物在高温下的挥发性都较强。着色氧化物形成尖晶石后，其高温挥发性一般会降低。因此，工艺条件能够保证在较低的温度(色素氧化物的挥发还不明显的温度)下，使色素氧化物结合成尖晶石，成为抑制色素挥发的应予重视的措施。黑色着色剂氧化物FeO、MnO、CoO、NiO、Cr₂O₃等在较低的温度下具有明显的蒸汽压，呈现了较明显的挥发性。这表明，在黑色Al₂O₃陶瓷的生产中如何减免着色氧化物的挥发，就成为必须高度重视的问题。黑色色料除Co-Mn-Fe系外，均含有Cr这种对人体有毒的物质，如何避免使用含Cr的色料。