CN105777080A - 一种高强度陶瓷封装基座材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强度陶瓷封装基座材料，所述材料由助熔剂、着色剂和氧化铝组成，所述氧化铝在所述高强度陶瓷封装基座材料的质量百分含量不低于94％。本发明的高强度陶瓷封装基座材料较传统的HTCC封装基座材料烧结温度降低了约100℃，利于降低能耗、节约成本。本发明的高强度陶瓷封装基座材料，机械性能远优于LTCC材料，明显较传统HTCC材料机械强度高，有利于封装基座向小型化、薄型化发展，从而有利于在封装系统中集成更多的电子器件。同时，本发明还公开了所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法。

Description

一种高强度陶瓷封装基座材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料及其制备方法，尤其是一种用于高强度陶瓷封装基座的陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
半导体元件、晶体振子等电子部件的封装基座起着保护、支撑、电路导通等功能，为使封装基座具有较好的机械强度及优良的气密性，陶瓷材料成为了首选。多层陶瓷封装基座制作领域主要分为LTCC(低温共烧陶瓷)和HTCC(高温共烧陶瓷)技术。
LTCC可使用金、银、铜等低电阻导体，但该材料加入了大量玻璃成分，从而导致其抗弯强度不足200MPa。HTCC烧结温度在1500℃～1600℃，抗弯强度一般在400MPa，可采用W、Mo等高熔点导体金属，有利于制备较高机械强度的陶瓷封装基座。在各类电子设备不断追求小型化、薄型化合高性能化的趋势下、在半导体技术飞速发展的带动下，电子元器件不断向小型化、高可靠性方向发展，用于收纳电子部件的陶瓷封装基座也同时要求实现进一步小型化和薄型化。因此，研发高强度的陶瓷封装基座材料势在必行。
LTCC低的抗弯强度也限制了封装基座的厚度，不利于超薄封装基座的应用，从而限制了封装的进一步小型化。
中国专利CN102503377B，公开了一种高强度半导体封装陶瓷材料及其制作方法。该材料涉及高可靠多层陶瓷封装外壳制作领域，所制作陶瓷封装材料可以使用铜-钨作为配套的导体材料，用该材料制作的外壳可用于大微波大功率器件和电路及多芯片组件(MCM)的封装，较LTCC机械强度有了明显优势，但由于采用了较多量的玻璃粉(15％～25％)，机械强度仍不能满足向小型化、薄型化方向发展的陶瓷封装基座材料的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种机械强度高、可与W、Mo等共烧、用于制备进一步小型化和薄型化的陶瓷封装基座材料。同时，本发明还提供了所述陶瓷封装基座材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种高强度陶瓷封装基座材料，由助熔剂、着色剂和氧化铝组成，所述氧化铝在所述高强度陶瓷封装基座材料的质量百分含量不低于94％。
作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的优选实施方式，所述高强度陶瓷封装基座材料中各物质的质量百分含量分别为：助熔剂1.5％～4.5％、着色剂0.5％～1.5％，余量为氧化铝。
作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的优选实施方式，所述氧化铝为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的优选实施方式，所述助熔剂包含Mn2O3、SiO2和MgO。作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的更优选实施方式，所述助熔剂中，Mn2O3在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为1％～2％，SiO2在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.5％～2％，MgO在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0％～0.5％。
作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的优选实施方式，所述着色剂包含MoO3、Cr2O3和TiO2。作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的更优选实施方式，所述着色剂中在MoO3所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.3％～0.5％，Cr2O3在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.1％～0.5％，TiO2在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.1％～0.5％。作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的优选实施方式，所述着色剂中Cr2O3和TiO2的质量比为1～2:1。
另外，本发明还提供一种操作简便、易于实现的上述所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法，为实现此目的，本发明采取的技术方案为：一种如上所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成0.5μm～1.5μm的粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的混合气氛中进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃。
作为本发明所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法的优选实施方式，所述步骤(3)中，氮气与氢气的体积比为1:1～3。
本发明的高强度陶瓷封装基座材料较传统的HTCC封装基座材料烧结温度降低了约100℃，利于降低能耗、节约成本。本发明的高强度陶瓷封装基座材料，机械性能远优于LTCC材料，明显较传统HTCC材料机械强度高，有利于封装基座向小型化、薄型化发展，从而有利于在封装系统中集成更多的电子器件。使用本发明高强度陶瓷封装基座材料制备的封装基座，可用于声表面波器件、晶体振荡器、温度传感器等半导体器件的封装，起到保护、支撑、电路导通等功能，且具有优良的机械性能，是保证半导体器件高可靠性的重要基础。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明高强度陶瓷封装基座材料的一种实施例，本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料包含以下质量百分含量的组分：助熔剂：3.0％，着色剂：1.0％，氧化铝粉料：96％。
氧化铝粉料为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
助熔剂中含有Mn2O3、SiO2和MgO，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：Mn2O31.5％、SiO21.3％、MgO0.2％。
着色剂中含有MoO3、Cr2O3和TiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：MoO30.5％、Cr2O30.3％、TiO20.2％。
本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法为：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成1.0μm粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的体积比为1:2气氛中进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结后即得本实施的陶瓷封装基座材料。
按GB/T6569-1986测试本实施例所得材料的三点抗弯强度，按GB/T5597-1999测试本实施例所得材料的材料介电常数。
本实施例所得高强度陶瓷封装基座材料的主要性能指标如下：
三点抗弯强度：630MPa，介电常数：9.7(1MHz)，瓷体颜色：黑色。
实施例2
本发明高强度陶瓷封装基座材料的一种实施例，本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料包含以下质量百分含量的组分：助熔剂：1.5％，着色剂：1.5％，氧化铝粉料：97％。
氧化铝粉料为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
助熔剂中含有Mn2O3和SiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：Mn2O31.0％、SiO20.5％。
着色剂中含有MoO3、Cr2O3和TiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：MoO30.5％、Cr2O30.5％、TiO20.5％。
本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法为：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成1.0μm粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的体积比为1:3气氛中进行烧结，烧结温度为1500℃，烧结后即得本实施的陶瓷封装基座材料。
按GB/T6569-1986测试本实施例所得材料的三点抗弯强度，按GB/T5597-1999测试本实施例所得材料的材料介电常数。
本实施例所得高强度陶瓷封装基座材料的主要性能指标如下：
三点抗弯强度：620MPa，介电常数：9.8(1MHz)，瓷体颜色：黑色。
实施例3
本发明高强度陶瓷封装基座材料的一种实施例，本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料包含以下质量百分含量的组分：助熔剂：4.5％，着色剂：0.5％，氧化铝粉料：95％。
氧化铝粉料为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
助熔剂中含有Mn2O3、SiO2和MgO，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：Mn2O32.0％、SiO22.0％、MgO0.5％。
着色剂中含有MoO3、Cr2O3和TiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：MoO30.3％、Cr2O30.1％、TiO20.1％。
本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法为：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成0.8μm粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的体积比为1:1气氛中进行烧结，烧结温度为1430℃，烧结后即得本实施的陶瓷封装基座材料。
按GB/T6569-1986测试本实施例所得材料的三点抗弯强度，按GB/T5597-1999测试本实施例所得材料的材料介电常数。
本实施例所得高强度陶瓷封装基座材料的主要性能指标如下：
三点抗弯强度：610MPa，介电常数：9.6(1MHz)，瓷体颜色：黑色。
实施例4
本发明高强度陶瓷封装基座材料的一种实施例，本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料包含以下质量百分含量的组分：助熔剂：2.0％，着色剂：1.0％，氧化铝粉料：97％。
氧化铝粉料为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
助熔剂中含有Mn2O3和SiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：Mn2O31.1％、SiO20.9％。
着色剂中含有MoO3、Cr2O3和TiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：MoO30.4％、Cr2O30.4％、TiO20.2％。
本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法为：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成0.5μm粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的体积比为1:3气氛中进行烧结，烧结温度为1450℃，烧结后即得本实施的陶瓷封装基座材料。
按GB/T6569-1986测试本实施例所得材料的三点抗弯强度，按GB/T5597-1999测试本实施例所得材料的材料介电常数。
本实施例所得高强度陶瓷封装基座材料的主要性能指标如下：
三点抗弯强度：650MPa，介电常数：9.7(1MHz)，瓷体颜色：黑色。
实施例5
本发明高强度陶瓷封装基座材料的一种实施例，本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料包含以下质量百分含量的组分：助熔剂：4.5％，着色剂：1.5％，氧化铝粉料：94％。
氧化铝粉料为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
助熔剂中含有Mn2O3、SiO2和MgO，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：Mn2O32.0％、SiO22.0％、MgO0.5％。
着色剂中含有MoO3、Cr2O3和TiO2，且各物质在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为：MoO30.5％、Cr2O30.5％、TiO20.5％。
本实施例所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法为：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成1.5μm粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的体积比为1:3气氛中进行烧结，烧结温度为1400℃，烧结后即得本实施的陶瓷封装基座材料。
按GB/T6569-1986测试本实施例所得材料的三点抗弯强度，按GB/T5597-1999测试本实施例所得材料的材料介电常数。
本实施例所得高强度陶瓷封装基座材料的主要性能指标如下：
三点抗弯强度：600MPa，介电常数：9.6(1MHz)，瓷体颜色：黑色。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，由助熔剂、着色剂和氧化铝组成，所述氧化铝在所述高强度陶瓷封装基座材料的质量百分含量不低于94％。
2.如权利要求1所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述高强度陶瓷封装基座材料中各物质的质量百分含量分别为：助熔剂1.5％～4.5％、着色剂0.5％～1.5％，余量为氧化铝。
3.如权利要求1或2所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述氧化铝为α相，纯度大于99.9％，粉体粒度小于1.5μm，比表面积为3～8m2/g。
4.如权利要求1或2所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述助熔剂包含Mn2O3、SiO2和MgO。
5.如权利要求4所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述助熔剂中，Mn2O3在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为1％～2％，SiO2在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.5％～2％，MgO在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0％～0.5％。
6.如权利要求1或2所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述着色剂包含MoO3、Cr2O3和TiO2。
7.如权利要求6所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述着色剂中在MoO3所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.3％～0.5％，Cr2O3在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.1％～0.5％，TiO2在所述高强度陶瓷封装基座材料中的质量百分含量为0.1％～0.5％。
8.如权利要求6或7所述的高强度陶瓷封装基座材料，其特征在于，所述着色剂中Cr2O3和TiO2的质量比为1～2:1。
9.一种如权利要求1～8任一项所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别将助熔剂、着色剂和氧化铝制成0.5μm～1.5μm的粉状，然后混合均匀；
(2)将步骤(1)中混合后的物料成型；
(3)成型后，在氮气与氢气的混合气氛中进行烧结，烧结温度为1400℃～1500℃。
10.如权利要求9所述高强度陶瓷封装基座材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氮气与氢气的体积比为1:1～3。
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