CN114560685A - 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用 - Google Patents

氧化铝陶瓷及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114560685A
CN114560685A CN202210285999.3A CN202210285999A CN114560685A CN 114560685 A CN114560685 A CN 114560685A CN 202210285999 A CN202210285999 A CN 202210285999A CN 114560685 A CN114560685 A CN 114560685A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
oxide
alumina ceramic
mass
raw materials
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210285999.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114560685B (zh
Inventor
谭毅成
周成
杨雪蛟
李俊
李礼
付苒
蔡群
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Shangde Applied Materials Co ltd
Original Assignee
Hefei Shangde Applied Materials Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Shangde Applied Materials Co ltd filed Critical Hefei Shangde Applied Materials Co ltd
Priority to CN202210285999.3A priority Critical patent/CN114560685B/zh
Publication of CN114560685A publication Critical patent/CN114560685A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114560685B publication Critical patent/CN114560685B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3206—Magnesium oxides or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3208—Calcium oxide or oxide-forming salts thereof, e.g. lime
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3241—Chromium oxides, chromates, or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3272—Iron oxides or oxide forming salts thereof, e.g. hematite, magnetite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/327—Iron group oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3275—Cobalt oxides, cobaltates or cobaltites or oxide forming salts thereof, e.g. bismuth cobaltate, zinc cobaltite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9661—Colour

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种氧化铝陶瓷及其制备方法与应用。该氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：氧化铝96份～104份、氧化镁0.3份～0.4份、氧化钙0.9份～1.2份、氧化硅6.4份～6.7份、二氧化钛0.9份～1.2份、氧化铁0.5份～0.9份、氧化钴0.5份～0.9份、及氧化铬1.8份～2.7份。通过组分的合理配比，选择特定含量配比的氧化铁、氧化钴及氧化铬作为着色剂，与其他原料配合，得到的氧化铝陶瓷呈褐红色色调，且具有较合适的力学性能、介电常数、热膨胀系数及热导率，尤其适用于半导体器件，特别是图像传感器件的封装。

Description

氧化铝陶瓷及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷及其制备方法与应用。
背景技术
黑色氧化铝陶瓷具有遮光性、气密性好、抗辐射强、高强度、高硬度等优点，且价格便宜。黑色氧化铝陶瓷由于具有较低的反射率和反射损耗，因而能够用于5G集成电路封装管壳以及CCD/CMOS图像传感器的陶瓷封装。一方面，氧化铝陶瓷具有高强度、高刚性的物理特性，另一方面，陶瓷可以通过成型烧结实现腔体结构设计，所以可以更好地满足产品的小型化、薄型化要求。此外，陶瓷本身是无灰的，对防尘要求很高的图像传感器来说，陶瓷是合适的封装材料。
研究发现，褐红色调陶瓷相对于黑色氧化铝陶瓷，是作为图像传感器更合适的陶瓷材料。然而，传统工艺通常难以得到呈现褐红色调的氧化铝陶瓷。
发明内容
基于此，有必要提供一种呈褐红色且具有较合适的热膨胀系数、热导率及力学性能，适用于半导体封装的氧化铝陶瓷及其制备方法与应用。
本发明的一个方面，提供了一种氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：
Figure BDA0003559949830000011
Figure BDA0003559949830000021
在其中一些实施例中，所述氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份。
在其中一些实施例中，所述氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份。
在其中一些实施例中，所述氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份。
在其中一些实施例中，所述氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份，所述氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份，所述氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份，且所述氧化铁、所述氧化钴及所述氧化铬的质量份数之和为3.6份～3.9份。
在其中一些实施例中，所述氧化铝的质量份数为98份～102份。
在其中一些实施例中，所述氧化镁的质量份数为0.35份～0.4份。
在其中一些实施例中，所述氧化钙的质量份数为1.0份～1.1份。
在其中一些实施例中，所述氧化硅的质量份数为6.6份～6.7份。
在其中一些实施例中，所述二氧化钛的质量份数为1.0份～1.1份。
在其中一些实施例中，所述氧化铝陶瓷的三点抗折强度不低于350MPa。
在其中一些实施例中，所述氧化铝陶瓷的介电常数为10.4～12。
在其中一些实施例中，所述氧化铝陶瓷20℃～400℃的热膨胀系数为7.1ppm/℃～7.5ppm/℃。
在其中一些实施例中，所述氧化铝陶瓷的热导率为13.5W/m·K～14.5W/m·K。
本发明的另一方面，还提供了一种氧化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
提供上所述的氧化铝陶瓷中的各原料；
将所述原料混合，得到混合物；
将所述混合物造粒，压制成型，烧结，制备所述氧化铝陶瓷。
在其中一些实施例中，所述烧结处理包括：
将所述压制成型所得产物在1200℃～1300℃处理1.5h～2.5h，然后在1530℃～1580℃处理1.5h～2.5h。
本发明的另一方面，还提供了上述的氧化铝陶瓷或者根据上述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷在制备半导体器件中的应用。
本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括半导体元件及封装板，所述封装板采用上述的氧化铝陶瓷或者根据上述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷。
本发明的另一方面，还提供了一种电子设备，所述电子设备包含上述的半导体器件。
上述的氧化铝陶瓷通过组分的合理配比，选择特定含量和配比的氧化铁、氧化钴及氧化铬作为着色剂，与其他原料配合，得到的氧化铝陶瓷呈褐红色色调，且具有较合适的力学性能、介电常数、热膨胀系数及热导率，尤其适用于半导体器件，特别是图像传感器件的封装。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。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。
本发明一实施方式，提供了一种氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：
Figure BDA0003559949830000041
过渡元素铁、钴、铬最外层或(和)次外层电子是不饱和的，在入射光照射后，特征波段光因为能级跃迁光子被选择性吸收，使得陶瓷呈现出该波段光颜色的补色，掺杂铁、钴、铬等过渡元素的氧化铝陶瓷由于大部分波段的光子被吸收所以呈现黑色。
上述的氧化铝陶瓷通过组分的合理配比，选择特定含量和配比的氧化铁、氧化钴及氧化铬作为着色剂，与其他原料配合，得到的氧化铝陶瓷呈褐红色色调，且具有较合适的力学性能、介电常数、热膨胀系数及热导率，尤其适用于半导体器件，特别是图像传感器件的封装。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化铁的质量份数为0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份或者0.9份。进一步地，氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钴的质量份数为0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份或者0.9份。进一步地，氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钴的质量份数为1.8份、1.89份、1.9份、1.95份、2.0份、2.05份、2.1份、2.15份、2.2份、2.25份、2.3份、2.35份、2.4份、2.45份、2.5份、2.55份、2.6份、2.65份、2.69份或者2.7份。进一步地，氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份。
在其中一些实施例中，氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份，氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份，氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份，且氧化铁、氧化钴及氧化铬的质量份数之和为3.6份～3.9份。通过控制氧化铁、氧化钴及氧化铬的质量份数在上述范围，得到的氧化铝陶瓷的褐红色色调更佳，更适合用于图像传感器的封装材料。
氧化铝是氧化铝陶瓷中的主原料。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化铝的质量份数为96份、97份、98份、99份、100份、101份、102份、103份或者104份。进一步地，氧化铝的质量份数为98份～102份。
氧化镁能够起到助烧结的作用，以使氧化铝陶瓷能够在较低的温度下烧结，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化镁的质量份数为0.3份、0.32份、0.34份、0.35份、0.36份、0.38份或者0.4份。进一步地，氧化镁的质量份数为0.35份～0.4份。
氧化钙的作用与氧化镁类似，都是起到助烧结的作用，使得氧化铝陶瓷的烧结温度降低，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钙的质量份数为0.9份、0.95份、1.0份、1.05份、1.1份、1.15份或者1.2份。进一步地，氧化钙的质量份数为1.0份～1.1份。
氧化硅的作用也与氧化镁类似，都是起到助烧结的作用，使得氧化铝陶瓷的烧结温度降低，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化硅的质量份数为6.4份、6.45份、6.5份、6.55份、6.6份、6.65份或者6.7份。进一步地，氧化硅的质量份数为6.6份～6.7份。
在本发明实施方式中，原料添加二氧化钛能够有利于氧化铝陶瓷的着色，也可以降低氧化铝陶瓷的烧结温度。可选地，氧化铝陶瓷中，二氧化钛的质量份数为0.9份、0.95份、1.0份、1.05份、1.1份、1.15份或者1.2份。进一步地，二氧化钛的质量份数为1.0份～1.1份。
在其中一些实施例中，氧化铝陶瓷的三点抗折强度不低于350MPa。
在其中一些实施例中，氧化铝陶瓷的介电常数为10.4～12。
在其中一些实施例中，氧化铝陶瓷20℃～400℃的热膨胀系数为7.1ppm/℃～7.5ppm/℃。
在其中一些实施例中，氧化铝陶瓷的热导率为13.5W/m·K～14.5W/m·K。
在一些实施例中，氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：
Figure BDA0003559949830000061
Figure BDA0003559949830000071
在一些实施例中，氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.3份、氧化钙0.9份、氧化硅6.4份、二氧化钛0.9份、氧化铁0.9份、氧化钴0.9份、及氧化铬1.89份。
在一些实施例中，氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.4份、氧化钙1.2份、氧化硅6.7份、二氧化钛1.2份、氧化铁0.8份、氧化钴0.8份、及氧化铬2.29份。
在一些实施例中，氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.7份、氧化钴0.7份、及氧化铬2.49份。
在一些实施例中，氧化铝陶瓷，按照质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.6份、氧化钴0.6份、及氧化铬2.69份。
本发明另一实施方式，还提供了一种氧化铝陶瓷的制备方法，包括以下步骤S100～S300。
步骤S100：提供上述氧化铝陶瓷中的原料。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化铁的质量份数为0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份或者0.9份。进一步地，氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钴的质量份数为0.5份、0.55份、0.6份、0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份或者0.9份。进一步地，氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份。
可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钴的质量份数为1.8份、1.89份、1.9份、1.95份、2.0份、2.05份、2.1份、2.15份、2.2份、2.25份、2.3份、2.35份、2.4份、2.45份、2.5份、2.55份、2.6份、2.65份、2.69份或者2.7份。进一步地，氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份。
在其中一些实施例中，氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份，氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份，氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份，且氧化铁、氧化钴及氧化铬的质量份数之和为3.6份～3.9份。通过控制氧化铁、氧化钴及氧化铬的质量份数在上述范围，得到的氧化铝陶瓷的褐红色色调更佳，更适合用于图像传感器的封装材料。
氧化铝是氧化铝陶瓷中的主原料。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化铝的质量份数为96份、97份、98份、99份、100份、101份、102份、103份或者104份。进一步地，氧化铝的质量份数为98份～102份。
氧化镁能够起到助烧结的作用，以使氧化铝陶瓷能够在较低的温度下烧结，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化镁的质量份数为0.3份、0.32份、0.34份、0.35份、0.36份、0.38份或者0.4份。进一步地，氧化镁的质量份数为0.35份～0.4份。
氧化钙的作用与氧化镁类似，都是起到助烧结的作用，使得氧化铝陶瓷的烧结温度降低，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化钙的质量份数为0.9份、0.95份、1.0份、1.05份、1.1份、1.15份或者1.2份。进一步地，氧化钙的质量份数为1.0份～1.1份。
氧化硅的作用也与氧化镁类似，都是起到助烧结的作用，使得氧化铝陶瓷的烧结温度降低，避免烧结过程中，烧结温度过高影响氧化铁、氧化钴及氧化铬等着色剂的着色效果。可选地，氧化铝陶瓷中，氧化硅的质量份数为6.4份、6.45份、6.5份、6.55份、6.6份、6.65份或者6.7份。进一步地，氧化硅的质量份数为6.6份～6.7份。
在本发明实施方式中，原料添加二氧化钛能够有利于氧化铝陶瓷的着色，也可以降低氧化铝陶瓷的烧结温度。可选地，氧化铝陶瓷中，二氧化钛的质量份数为0.9份、0.95份、1.0份、1.05份、1.1份、1.15份或者1.2份。进一步地，二氧化钛的质量份数为1.0份～1.1份。
步骤S200：将原料混合，得到混合物。
在其中一些实施例中，步骤S200中，混合处理在行星球磨罐中进行搅拌混合。具体地，将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，搅拌混合。具体地，搅拌的转速为240r/min～260r/min。搅拌的时间为2h～4h。在其中一些实施例中，搅拌的转速为250r/min，搅拌的时间为4h。
步骤S300：将混合物造粒，压制成型，烧结，制备氧化铝陶瓷。
在其中一些实施例中，造粒处理采用筛网挤压造粒。具体地，筛网孔径为70目～90目。在其中一些实施例中，筛网孔径为80目。
在其中一些实施例中，在步骤S300中，烧结处理包括：将压制成型所得产物在1200℃～1300℃处理1.5h～2.5h，然后在1530℃～1580℃处理1.5h～2.5h。在烧结处理中，压制成型所得产物在1200℃～1300℃处理1.5h～2.5h，铁、钴、铬元素会在该温度条件下与氧化铝形成固溶体，该固溶体在后续冷却后对入射光有一定的吸收而使陶瓷产品呈现出褐红色调；然后继续在1530℃～1580℃处理1.5h～2.5h得到氧化铝陶瓷。
在其中一些实施例中，烧结处理包括：将压制成型所得产物在1250℃处理2h，然后在1550℃处理2h。
在其中一些实施例中，步骤S300中，烧结处理在空气气氛中进行。在空气气氛中烧结制备氧化铝陶瓷，能够避免氧化铝陶瓷中的二氧化钛被还原而导致氧化铝陶瓷的体积电阻率发生恶化。
上述氧化铝陶瓷的制备方法工艺简单，成本低廉，且制备得到的氧化铝陶瓷呈褐红色色调，且具有较合适的力学性能、介电常数、热膨胀系数及热导率，尤其适用于半导体器件，特别是图像传感器件的封装。
本发明另一实施方式，还提供了上述的氧化铝陶瓷或者根据上述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷在制备半导体器件中的应用。
本发明另一实施方式，还提供了一种半导体器件，包括半导体元件及封装板，封装板采用上述的氧化铝陶瓷或者根据上述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷。
在其中一些实施例中，半导体器件为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。
本发明另一实施方式，还提供了一种电子设备，电子设备包含上述的半导体器件。
在其中一些实施例中，半导体器件为CCD图像传感器或者CMOS图像传感器封装零用部件，电子设备为照相机。
以下为具体实施例。
实施例1：
本实施例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.3份、氧化钙0.9份、氧化硅6.4份、二氧化钛0.9份、氧化铁0.9份、氧化钴0.9份、及氧化铬1.89份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
实施例2：
本实施例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.4份、氧化钙1.2份、氧化硅6.7份、二氧化钛1.2份、氧化铁0.8份、氧化钴0.8份、及氧化铬2.29份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
实施例3：
本实施例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.7份、氧化钴0.7份、及氧化铬2.49份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
实施例4：
本实施例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.6份、氧化钴0.6份、及氧化铬2.69份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例1：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、及氧化铬3.89份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例2：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.2份、氧化钴0.2份、及氧化铬2.69份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例3：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.5份、氧化钴0.5份、及氧化铬2.89份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例4：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁1份、氧化钴1份、及氧化铬1.69份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例5：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.7份、氧化镍0.7份、及氧化铬2.49份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
对比例6：
本对比例的氧化铝陶瓷，按质量份数计，原料包括：氧化铝100份、氧化镁0.37份、氧化钙1.03份、氧化硅6.62份、二氧化钛1.08份、氧化铁0.7份、氧化锰0.7份、及氧化铬2.49份。
氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
将原料置于行星球磨罐中并加入无水乙醇，在250r/min转速下搅拌混合4h后，放置在烘箱中烘干，再通过80目筛网进行挤压造粒。将造粒的原料压制成型，并进行烧结，烧结的条件为：在空气气氛下，1250℃处理2h，然后1550℃处理2h，并随炉降温，得到本实施例的氧化铝陶瓷。
实施例1～4及1～4的氧化铝陶瓷的原料配比可参见表1。
表1实施例1～4及1～4的氧化铝陶瓷的原料组成。
Figure BDA0003559949830000151
将实施例1～4及对比例1～6的氧化铝陶瓷进行打磨处理后进行三点抗折强度、介电常数、热膨胀系数、热导率、及色卡比对的测试。色卡比对通过将氧化铝陶瓷与RAL色卡比对确定氧化铝陶瓷对应色卡编号。具体地，热膨胀系数参照GB/T 5594.3-2015标准测试，介电常数参照GB/T 5594.4-2015标准测试。测试结果记录在表2中。
表2实施例1～4及对比例1～6的氧化铝陶瓷的颜色、三点抗折强度、介电常数、热膨胀系数及热导率性能。
Figure BDA0003559949830000161
从表2的相关数据可以看出，实施例1～4的氧化铝陶瓷均呈现褐红色调，尤其是实施例3、4的氧化铝陶瓷的颜色对应劳尔色卡黑红色(RAL3007)，具有较低的反射率。且实施例1～4的氧化铝陶瓷的三点抗折强度为354MPa～364MPa，三点抗折强度相对于对比例的氧化铝陶瓷略有提升，具有较好的力学性能；介电常数为10.4～12，热膨胀系数为7.1ppm/℃～7.5ppm/℃，与芯片的热膨胀系数较接近；热导率为13.8W/m·K～14.1W/m·K。因此，实施例1～4的氧化铝陶瓷尤其适合用于CCD图像传感器等半导体器件的封装材料。
对比例1～6的氧化铝陶瓷对着色剂的组分及配比稍作调整，氧化铝陶瓷的颜色均产生很大的变化。与实施例1～4对比，对比例1～4的氧化铝陶瓷对着色剂中氧化铁、氧化钴及氧化铬的含量进行调整，对比例1～4的氧化铝陶瓷的颜色变化很大，对比例1～3的氧化铝陶瓷呈淡粉色，而对比例4的氧化铝陶瓷呈黑灰色。与实施例3相比，对比例5、6分别将氧化铝陶瓷中的氧化钴替换为氧化镍和氧化锰，得到的氧化铝陶瓷呈氧化红及番茄红色，不呈现褐红色调。
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，说明书可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种氧化铝陶瓷，其特征在于，按照质量份数计，其原料包括：
Figure FDA0003559949820000011
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份；
及/或，所述氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份；
及/或，所述氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铁的质量份数为0.6份～0.8份，所述氧化钴的质量份数为0.6份～0.8份，所述氧化铬的质量份数为2.4份～2.7份，且所述氧化铁、所述氧化钴及所述氧化铬的质量份数之和为3.6份～3.9份。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铝的质量份数为98份～102份；
及/或，所述氧化镁的质量份数为0.35份～0.4份；
及/或，所述氧化钙的质量份数为1.0份～1.1份；
及/或，所述氧化硅的质量份数为6.6份～6.7份；
及/或，所述二氧化钛的质量份数为1.0份～1.1份。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的氧化铝陶瓷，其特征在于，所述氧化铝陶瓷的三点抗折强度不低于350MPa；
及/或，所述氧化铝陶瓷的介电常数为10.4～12；
及/或，所述氧化铝陶瓷20℃～400℃的热膨胀系数为7.1ppm/℃～7.5ppm/℃；
及/或，所述氧化铝陶瓷的热导率为13.5W/m·K～14.5W/m·K。
6.一种氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供权利要求1～5任意一项所述的氧化铝陶瓷中的各原料；
将所述原料混合，得到混合物；
将所述混合物造粒，压制成型，烧结，制备所述氧化铝陶瓷。
7.根据权利要求6所述的氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧结处理包括：
将所述压制成型所得产物在1200℃～1300℃处理1.5h～2.5h；
然后在1530℃～1580℃处理1.5h～2.5h。
8.权利要求1～5任意一项所述的氧化铝陶瓷或者根据权利要求6或7所述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷在制备半导体器件中的应用。
9.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体元件及封装板，所述封装板采用权利要求1～5任意一项所述的氧化铝陶瓷或者根据权利要求6或7所述的氧化铝陶瓷的制备方法制得的氧化铝陶瓷。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包含权利要求9所述的半导体器件。
CN202210285999.3A 2022-03-23 2022-03-23 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用 Active CN114560685B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210285999.3A CN114560685B (zh) 2022-03-23 2022-03-23 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210285999.3A CN114560685B (zh) 2022-03-23 2022-03-23 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114560685A true CN114560685A (zh) 2022-05-31
CN114560685B CN114560685B (zh) 2023-03-14

Family

ID=81720109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210285999.3A Active CN114560685B (zh) 2022-03-23 2022-03-23 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114560685B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0321044A (ja) * 1989-06-19 1991-01-29 Kyocera Corp セラミック基板およびその製造方法
JPH05238810A (ja) * 1992-02-27 1993-09-17 Onoda Cement Co Ltd 黒色アルミナ焼結体
JPH05254922A (ja) * 1992-03-05 1993-10-05 Nippon Seratetsuku:Kk 着色アルミナ系セラミックス及びその製造方法
CN101045626A (zh) * 2007-04-05 2007-10-03 洛阳安德路石化设备有限公司 一种陶瓷材料及其制备方法
JP2008247672A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toray Ind Inc セラミックス焼結体の製造方法
CN108793974A (zh) * 2018-06-25 2018-11-13 河津市锦浩特种陶瓷有限公司 高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法
CN110330315A (zh) * 2019-07-04 2019-10-15 新化县顺达电子陶瓷有限公司 一种低温烧结氧化铝黑色陶瓷及其制备方法
CN111362673A (zh) * 2020-04-28 2020-07-03 新化县众一陶瓷有限公司 一种铁灰色氧化铝耐磨陶瓷的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0321044A (ja) * 1989-06-19 1991-01-29 Kyocera Corp セラミック基板およびその製造方法
JPH05238810A (ja) * 1992-02-27 1993-09-17 Onoda Cement Co Ltd 黒色アルミナ焼結体
JPH05254922A (ja) * 1992-03-05 1993-10-05 Nippon Seratetsuku:Kk 着色アルミナ系セラミックス及びその製造方法
JP2008247672A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toray Ind Inc セラミックス焼結体の製造方法
CN101045626A (zh) * 2007-04-05 2007-10-03 洛阳安德路石化设备有限公司 一种陶瓷材料及其制备方法
CN108793974A (zh) * 2018-06-25 2018-11-13 河津市锦浩特种陶瓷有限公司 高强度、高耐磨咖啡色氧化铝陶瓷及其制备方法
CN110330315A (zh) * 2019-07-04 2019-10-15 新化县顺达电子陶瓷有限公司 一种低温烧结氧化铝黑色陶瓷及其制备方法
CN111362673A (zh) * 2020-04-28 2020-07-03 新化县众一陶瓷有限公司 一种铁灰色氧化铝耐磨陶瓷的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114560685B (zh) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111533562A (zh) 黑色氮化硅陶瓷手机背板材料及使用其制备手机背板的方法
CN105819846A (zh) 一种堇青石型微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN110282968A (zh) 一种微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN114560685B (zh) 氧化铝陶瓷及其制备方法与应用
JPH10116718A (ja) セラミックス組成物及びその製造方法
US6362120B1 (en) Alumina ceramic composition
CN101376589B (zh) 铁氧体材料及铁氧体材料的制造方法
CN111620688B (zh) 微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用
US7056853B2 (en) Oxide ceramic material, ceramic substrate employing the same, ceramic laminate device, and power amplifier module
CN104710176B (zh) 超低温烧结温度稳定型钒基微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN111499375A (zh) 一种高品质因数微波介质陶瓷材料及其制备方法
CN108455986B (zh) 一种复合微波介质陶瓷材料及其制备方法
JP2020180020A (ja) 黒色セラミックス
JPH0725570B2 (ja) 着色結晶化ガラス体とその製造法
CN113024249B (zh) 微波介质陶瓷复合材料及制备方法
CN105174956A (zh) X波段用高品质因数微波介质陶瓷及其制备方法
CN105294103B (zh) 一种钒基温度稳定型微波介质陶瓷及其制备方法
CN106699164A (zh) 微波陶瓷SrO‑ZnO(MgO)‑TiO2及制法
JP2004323268A (ja) アルミナ質焼結体
JP7242699B2 (ja) 黒色セラミックス
CN114315343B (zh) 一种高q值中介电常数的微波介电材料及其制备方法
JPH09129433A (ja) 軟磁性六方晶フェライト
JP2000331816A (ja) 六方晶系ｚ型バリウムフェライトとその製造方法
CN110862256A (zh) 一种微波介质烧结粉体材料的制备方法、微波介质陶瓷及其应用
CN112300572A (zh) 有机陶瓷手机背板及其压延制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant