CN110922172B - 一种陶瓷封装基座材料组合物及其应用 - Google Patents

一种陶瓷封装基座材料组合物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷封装基座材料组合物，所述组合物包含以下质量百分含量的组分：二氧化硅1.6％～3.0％、三氧化二铬3.4％～6.4％、氧化钙0.25％～1％、钼0.2％～0.5％、二氧化锰0.5％～2％、余量为氧化铝。本发明通过在陶瓷原料中加入适当的MnO2，促进晶粒的异向生长，形成长棒状晶体，导致陶瓷封装基座中的裂纹发生偏移，改变和增加了裂纹扩展的路径，从而钝化裂纹的扩展；同时，降低了烧结过程的液相比例，减少非晶相在瓷体中聚集形成应力破坏点。因此，本发明的陶瓷封装基座在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺等问题。

Description

一种陶瓷封装基座材料组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种陶瓷封装基座材料组合物及其应用，属于陶瓷技术领域。
背景技术
电子产品在现代生活中无处不在，电子元器件的精密度要求较高，为确保其不受外界环境干扰、保证工作精度和延长工作寿命，需要将电子元器件安装到陶瓷封装基座上，并对电子元器件进行封装。例如，在声表面波滤波器(SAW)中，需要利用陶瓷封装基座对芯片进行气密性封装，起到电气连接、信号传输和保护芯片的作用。常见的陶瓷封装基座在生坯加工成型的过程中采用预压槽的方式，使陶瓷封装基座组合板在烧结后可以沿着预压槽刀痕进行分片，从而获得单个陶瓷封装基座。
但是，在一些陶瓷封装基座中则不通过预压槽的方式来实现分片，例如SAW陶瓷封装基座采用的方式为：在整片陶瓷封装基座组合板上先进行芯片贴片封装，然后再通过例如砂轮切割等方式进行分片。由于作为基座的原材料一般采用Si-Mg-Ga体系的92氧化铝陶瓷配方，其烧结后氧化铝晶粒多为圆球形，且液相比例较高时(液相比例指陶瓷配方中高温下形成液相的助烧剂比例)，烧结过程容易在陶瓷中聚集，形成应力破坏点，导致其断裂韧性差。因此，在切割速度和切割刀的影响下，切割分片过程中材料内部形成的微缺陷会快速形成脆性开裂，裂纹进一步扩展形成分片崩缺，从而使陶瓷封装基座容易产生陶瓷边缘崩缺，影响产品性能。
为了提高基座材料的断裂韧性，传统手段主要有：(1)颗粒弥散增韧；(2)纤维和晶须增韧；(3)氧化锆相增韧；(4)复合增韧；(5)自增韧等。然而，通过添加纳米级颗粒、氧化锆相或晶须增韧，都会存在分散工艺难度大，材料获得难，价格昂贵的问题。
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陶瓷封装基座材料组合物及其应用，该组合物制备的陶瓷封装基座在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺等问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种陶瓷封装基座材料组合物，所述组合物包含以下质量百分含量的组分：二氧化硅1.6％～3.0％、三氧化二铬3.4％～6.4％、氧化钙0.25％～1％、钼0.2％～0.5％、二氧化锰0.5％～2％、余量为氧化铝。
本发明组合物中，二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)可形成低共熔体系，在烧结过程形成液相，降低烧结温度；三氧化二铬(Cr2O3)可与氧化铝(Al2O3)形成连续固熔体，由于Cr3+半径稍大于Al3+，使晶格发生一定的畸变，从而促进烧结；二氧化锰(MnO2)可与Al2O3形成有限固熔体，由于其离子电价和半径与Al3+差异较大，产主晶畸变和阳离子空位，从而促进晶粒生长；结果表明MnO2可促进晶粒的异向生长，形成棒状晶；金属钼为烧结显色作用，同时金属颗粒也起到一定的增韧作用。
本发明的组合物降低了烧结过程液相比例，减少非晶相在瓷体中聚集形成应力破坏点。本发明的组合物添加了MnO2，促进晶粒的异向生长，形成长棒状晶体；由于棒状晶的存在，导致裂纹发生偏移，改变和增加了裂纹扩展的路径，从而钝化裂纹的扩展。
二氧化锰的质量百分比低于0.5％时，氧化铝晶体形貌未发生明显改变，分片崩缺比例高；质量百分比高于2％时，晶粒异常长大明显，气孔率明显增大，瓷体抗弯强度下降。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述组合物包含以下质量百分含量的组分：二氧化硅2.3％、三氧化二铬3.7％、氧化钙0.65％、钼0.3％、二氧化锰0.8％、余量为氧化铝。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述组合物还包含以下质量百分含量的组分：氧化镁0～2％、三氧化二铁0～1％、二氧化钛0～1.5％。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述氧化镁的质量百分比为0.15％，所述三氧化二铁的质量百分比为0.1％，所述二氧化钛的质量百分比为0.1％。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述组合物不含氧化锆。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述组合物由以下质量百分含量的组分组成：二氧化硅1.6％～3.0％、三氧化二铬3.4％～6.4％、氧化钙0.25％～1％、钼0.2％～0.5％、二氧化锰0.5％～2％、氧化镁0～2％、三氧化二铁0～1％、二氧化钛0～1.5％、余量为氧化铝。
作为本发明所述陶瓷封装基座材料组合物的优选实施方式，所述组合物由以下质量百分含量的组分组成：二氧化硅2.3％、三氧化二铬3.7％、氧化钙0.65％、钼0.3％、二氧化锰0.8％、氧化镁0.15％，三氧化二铁0.1％，二氧化钛0.1％、氧化铝91.9％。
第二方面，本发明提供了一种陶瓷封装基座，所述陶瓷封装基座包含上述陶瓷封装基座材料组合物。
第三方面，本发明提供了上述陶瓷封装基座的制备方法，包括以下步骤：
(1)将陶瓷封装基座材料组合物所含的各成分混合，得到陶瓷封装基座材料组合物；
(2)将步骤(1)得到的陶瓷封装基座材料组合物与溶剂、分散剂混合均匀，然后加入树脂、增塑剂混合均匀，得混合物；
(3)将步骤(2)所得的混合物进行流延成型制得生坯；
(4)将步骤(3)所得的生坯进行冲孔、导通孔填孔、叠层和印刷金属浆料，然后烧结成瓷，得到陶瓷封装基座。
作为本发明所述陶瓷封装基座的制备方法的优选实施方式，所述步骤(2)中，溶剂为二甲苯、乙醇、甲苯、异丙醇中的至少一种，分散剂为聚醚类非离子型表面活性剂，树脂为PVB树脂、PMMA树脂中的至少一种，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的至少一种，混合方式为球磨混合。
优选地，分散剂为辛基酚聚氧乙烯醚OP-30。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在陶瓷原料中加入适当的MnO2，促进晶粒的异向生长，形成长棒状晶体，导致陶瓷封装基座中的裂纹发生偏移，改变和增加了裂纹扩展的路径，从而钝化裂纹的扩展；同时，降低了烧结过程的液相比例，减少非晶相在瓷体中聚集形成应力破坏点。因此，本发明的陶瓷封装基座在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺等问题。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、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1～8
实施例1～8各组分的质量百分比如表1所示。
实施例1～8的制备方法为：(1)将陶瓷封装基座材料组合物所含的各成分混合，得到陶瓷封装基座材料组合物；
(2)将步骤(1)得到的陶瓷封装基座材料组合物与溶剂、分散剂混合均匀，然后加入树脂、增塑剂混合均匀，得混合物；
(3)将步骤(2)所得的混合物进行流延成型制得生坯；
(4)将步骤(3)所得的生坯进行冲孔、导通孔填孔、叠层和印刷金属浆料，然后烧结成瓷，得到陶瓷封装基座。
对比例1～4
对比例1～4各组分的质量百分比如表1所示。
对比例1～4的制备方法同实施例1～8。
表1
Figure BDA0002331515100000041
Figure BDA0002331515100000051
效果例
对实施例1～8及对比例1～4制备得到的陶瓷封装基座进行性能测试，分别测试三点抗弯强度(强度≥460MPa为合格)、结合力(结合力≥40N为合格)、崩缺比例。测试结果如表2所示。
测试方法：
三点抗弯强度：将流延成型膜片叠压至3cm厚，再切成4*55cm长方体，测试瓷体三点抗弯强度；
崩缺比例：基板烧结后采用砂轮切割分片，显微镜下观察崩缺与否，统计崩缺比例；
结合力：采用7mm*5mm可伐环沿长边对折后焊接到陶瓷封装基座对应图案中，拉力计测试可伐环剥离时的拉力大小。
表2
Figure BDA0002331515100000052
Figure BDA0002331515100000061
由表2可知，实施例1～8的陶瓷封装基座采用本发明的组合物制备，其具有良好的瓷体强度、孔隙率和浆料结合力，并且在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺。对比例1～4的陶瓷封装基座材料组合物的用量不全在本发明的范围内，对比例1的瓷体强度不如本发明，对比例2～3在进行砂轮切割分片时会发生崩缺，对比例4的浆料结合力不如本发明。
实施例1具有最佳的综合性能，并且在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺。即，当组合物由以下质量百分含量的组分组成：二氧化硅2.3％、三氧化二铬3.7％、氧化钙0.65％、钼0.3％、二氧化锰0.8％、氧化镁0.15％，三氧化二铁0.1％，二氧化钛0.1％、氧化铝91.9％时，制备得到的陶瓷封装基座的综合性能最佳，并且在进行砂轮切割分片时不会发生崩缺。
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 (5)

1.一种陶瓷封装基座材料组合物，其特征在于，所述组合物由以下质量百分含量的组分组成：二氧化硅1.6%~3.0%、三氧化二铬3.4%~6.4%、氧化钙0.25%~1%、钼0.2%~0.5%、二氧化锰0.5%~0.8%、氧化镁0~2%、三氧化二铁0~1%、二氧化钛0~1.5%、余量为氧化铝。
2.如权利要求1所述的陶瓷封装基座材料组合物，其特征在于，所述组合物由以下质量百分含量的组分组成：二氧化硅2.3%、三氧化二铬3.7%、氧化钙0.65%、钼0.3%、二氧化锰0.8%、氧化镁0.15%，三氧化二铁0.1%，二氧化钛0.1%、氧化铝91.9%。
3.一种陶瓷封装基座，其特征在于，所述陶瓷封装基座包含权利要求1~2任一项所述的陶瓷封装基座材料组合物。
4.如权利要求3所述的陶瓷封装基座的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将陶瓷封装基座材料组合物所含的各成分混合，得到陶瓷封装基座材料组合物；
（2）将步骤（1）得到的陶瓷封装基座材料组合物与溶剂、分散剂混合均匀，然后加入树脂、增塑剂混合均匀，得混合物；
（3）将步骤（2）所得的混合物进行流延成型制得生坯；
（4）将步骤（3）所得的生坯进行冲孔、导通孔填孔、叠层和印刷金属浆料，然后烧结成瓷，得到陶瓷封装基座。
5.如权利要求4所述的陶瓷封装基座的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，溶剂为二甲苯、乙醇、甲苯、异丙醇中的至少一种，分散剂为聚醚类非离子型表面活性剂，树脂为PVB树脂、PMMA树脂中的至少一种，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种，混合方式为球磨混合。
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