CN102276152B - 一种氧化铝陶瓷表面金属化的组合物 - Google Patents

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Abstract

一种降低氧化铝陶瓷钨金属化层方阻浆料及其制备工艺，属于陶瓷-金属封接技术领域。钨金属化层由钨粉和玻璃相组成。本发明主要通过改变钨粉粒度分布，使钨粉形成良好的级配，钨颗粒之间形成紧密堆积；同时加入用溶胶凝胶法制备的超细玻璃粉，其在烧结过程中熔融后能使钨颗粒迅速再排列和有效地填充空隙，促进金属化层的致密化。本发明可显著增加氧化铝陶瓷钨金属化层的致密度，并将钨金属化层的表面方阻降低至7-9mΩ/□。主要适用于微电子封装中混合集成电路、毫米波/微米波集成电路、多芯片组件和大功率器件的封装外壳。

Description

一种氧化铝陶瓷表面金属化的组合物
技术领域
 本发明属于陶瓷-金属封接技术领域，涉及用于Al2O3陶瓷表面钨金属化的浆料配方及其制备方法。主要有两个方面的内容，首先是采用一定级配的钨粉以确保金属化层有较低的孔隙率；其次是采用溶胶-凝胶法制备超细颗粒的玻璃粉，促进钨金属化层的致密化，从而降低钨金属化层的表面方阻。
背景技术
Al2O3陶瓷具有机械强度高，绝缘电阻大，膨胀系数与芯片相匹配等特性，是微电子封装领域最常见的基板材料或封装壳体材料。为了使电子器件或封装壳体具有高强度和高气密性，Al2O3 陶瓷常需要与可伐合金等封装金属进行钎焊。而常见的金属钎料与Al2O3 陶瓷润湿性差，所以需要在Al2O3 陶瓷表面进行金属化，最常见的方法之一就是在其表面共烧钨金属化层，然后将具有钨金属化层的Al2O3 陶瓷进行电镀Ni或Au，这样就可以采用传统的Ag-Cu等钎料钎焊Al2O3 陶瓷和可伐合金，从而得到气密封装。
氧化铝陶瓷的钨金属化层主要由钨粉和玻璃粉组成，其中钨粉的质量百分含量约为95~97%，其粒度范围为0.2μm~10μm，而玻璃粉约含3~5%，玻璃相的主要作用是连接钨粉和氧化铝陶瓷基板的作用。氧化铝陶瓷钨金属化传统的工艺过程是：各粉料按配比混合球磨→加粘结剂得到金属化浆料→丝网印刷→在气氛保护下共烧→金属化产品性能测试。
氧化铝陶瓷钨金属化浆料常用玻璃相一般为高软化点的硅酸盐玻璃料。玻璃粉常见的制备方法是玻璃粉体烧结法，烧结法的熔融工序温度较高，有些组分容易挥发造成成分的偏离，且制出的玻璃很难磨细，用烧结法制出的玻璃粉粒径为5μm左右。
由于传统方法中的钨粉多采用一种粒度的钨粉，且用烧结法制备的玻璃粉粒度较大，所以用传统方法制备的钨金属化层存在结构不致密、孔隙率高等缺陷，如图1所示，其方阻较高，约为10~20 mΩ/□。
随着微电子封装技术的不断发展，传统方法制备的钨金属化层的性能已无法满足气密性或表面方阻的要求，因此Al2O3 陶瓷表面金属化层的致密度和表面方阻就成为影响其使用的关键因素。尽管通过改变陶瓷-金属共烧的工艺可在一定程度上提高金属化层的致密度，但不能从根本上解决其致密度低和表面方阻高的问题。
发明内容
本发明目的是要通过改变钨粉的级配和采用新方法制备超细颗粒玻璃粉两种途径来改善钨金属化层的致密度，提高其方阻。本发明通过用溶胶-凝胶法制备玻璃粉和调整钨粉的颗粒级配两种方式来解决Al2O3 陶瓷表面钨金属化层致密度低和方阻高的缺点，同时其制备方法简单，有良好的重复性，适合于工业化生产。
本发明的技术方案是：
(1) 一种氧化铝陶瓷表面钨金属化层的组合物，其特征在于它由如下金属化配方构成：以重量百分比计有95%~97%的钨粉，3%~5%的MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉。
(2) 采用两种不同粒度分布的钨粉，分别用A和B表示，其中A的D50为0.8~1.2μm，B的为D50为2~3μm.，A和B的重量百分比分别为30%~50%和50%~70%。
金属化层不致密的主要原因是钨粉颗粒级配不合适，内部存在许多空隙，本发明通过调节两种钨粉的比列，使钨粉形成良好的级配，大颗粒之间的空隙被小颗粒很好的填充，使钨颗粒之间形成紧密堆积，有效地降低金属化层孔隙率，从而降低金属化层方阻。
(3) 本发明使用的MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉，各氧化物的含量以重量百分比计有：61%~63%的SiO2、19%~21%MgO、16%~18%的Al2O3，玻璃粉的粒径为0.5~1μm。
(4) 本发明使用的MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉由溶胶-凝胶法制备，其制备方法为：
1) 按制备粉体中各氧化物的量计算称量六水硝酸镁、九水硝酸铝和正硅酸乙酯；
    2) 将六水硝酸镁、九水硝酸铝分别溶于无水乙醇，乙醇用量达到使六水硝酸镁、九水硝酸铝溶解即可：将硝酸镁和硝酸铝溶液加入到正硅酸乙酯中并搅拌，使混合溶液预水解8~12分钟；
    3) 将上述溶液在80℃~90℃水浴，搅拌形成透明溶胶，静止后形成凝胶；
    4) 将凝胶在60℃~70℃干燥，然后球磨3~4小时，得到干凝胶粉；
5) 将得到的干凝胶粉在650℃~750℃煅烧，得到MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉。
溶胶凝胶法制备粉体时，可在较低的温度合成分子级的材料，具有化学组成精确，纯度高，均匀性强等优点，而且合成的粉体粒径容易控制，可制得合适粒度的玻璃粉，其在烧结过程中熔融后能使钨颗粒迅速再排列和有效地密集填充空隙，促进膜层的致密化，最终导致膜层方阻的降低。
    在得到钨粉和玻璃粉之后，可按照Al2O3 陶瓷表面钨金属化的工艺制度进行制备，其具体工艺为：将上述原料按金属化配方的比例称重、混合，以无水乙醇为介质，置于行星球磨机中球磨12小时，然后烘干备用；将制备好的金属化粉末，加入适量的有机粘结剂，球磨72小时，使其混合均匀，得到钨金属化浆料。然后用丝网印刷的方法覆盖在氧化铝陶瓷生瓷片上；将覆盖有金属化粉的生瓷片在湿氢气氛下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1600℃，保温40~60min。
     本发明与现有钨金属化浆料相比，通过两种不同粒度分布的钨粉的配合使用，同时加入用溶胶凝胶法制备的超细玻璃粉显著增加了钨金属化层的致密度，同时将钨金属化层的方阻降低至7~9 mΩ/□。
说明书附图
图1为传统方法制备氧化铝陶瓷钨金属化层的微观结构图；
图2为本发明用溶胶凝胶法制得的玻璃粉的扫描电镜图；
图3为本发明用溶胶凝胶法制得的玻璃粉的XRD衍射图；
图4为本发明所述方法制备的氧化铝陶瓷钨金属化层的微观结构图；
图5为本发明所述方法制备的氧化铝陶瓷钨金属化层的表面形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细的说明。
实施例如下：
实施例1：本实施例的配方组成为：20.6的MgO，17.5的Al2O3，62.0的SiO2，均为重量百分比。
按氧化物总量为20g，计算并称量所需六水硝酸镁、九水硝酸铝和正硅酸乙酯。将六水硝酸镁、九水硝酸铝分别溶于无水乙醇，乙醇用量达到使六水硝酸镁、九水硝酸铝溶解即可：将硝酸镁和硝酸铝溶液加入到正硅酸乙酯中并搅拌，使混合溶液预水解10分钟。将上述溶液90℃水浴，不断搅拌直到溶液的粘度明显增加，形成凝胶。将凝胶在60℃干燥，将块状干凝胶研磨至粉状。用与干凝胶粉同等重量的玛瑙球作磨球，球磨4小时，取出在700℃下煅烧，得到本发明所说的玻璃粉，如图2为玻璃粉的扫描电镜图，可以看出玻璃粉有一定的团聚，其粉体粒径约为0.5~1μm，显著低于传统熔炼方式制备得到的玻璃粉粒径2~5μm。图3为本发明用溶胶凝胶法制得的玻璃粉的XRD衍射图谱，图中衍射峰为明显的馒头峰，没有晶体的衍射峰，由此可知制得的粉末为玻璃。
实施例2：所用钨粉配方（重量百分比）及金属化层的表面方阻如表1所示。具体实施过程为(以2#样品为例)：
表1 几种钨粉的配比及钨金属化层的表面方阻
试样编号 1# 2# 3# 4#
A含量（％） 30．00 38.04 45.00 50.00
B含量（％） 70.00 61.96 55.00 50.00
表面方阻 8.66 7.94 7.13 7.58
按表1中3#样品称取A、B两种钨粉共97g，将称量好的钨粉中加入3g实施例1中制得的玻璃粉，得到钨粉与玻璃粉的混合物，即金属化粉。将金属化粉置于球磨罐中，用无水乙醇作介质，用氧化铝球作磨球，球磨12小时，取出置于干燥箱烘干。
将混合均匀的金属化粉加入20g有机粘结剂，有机粘结剂为乙基纤维素松油醇溶液，用碳化钨球作磨球，球磨72小时得到钨金属化浆料。
用丝网印刷的方法把上述制备好的浆料印刷在氧化铝陶瓷生瓷片上，将生瓷片在湿氢气氛下烧结，氢气露点在20±10℃范围内，烧结温度1600℃，保温40~60min。
对样品进行性能测试，得到3#样品的钨金属化层的表面方阻为7.13 mΩ/□，显著低于目前钨金属化层的方阻10~20 mΩ/□，所以用本发明提供的钨金属化浆料可明显降低金属化层方阻。
    图1是由传统方法获得的陶瓷金属化层显微结构电镜照片，可以看出钨金属化层结构疏松，存在很多孔洞。图4和图5分别为3#样品的微观结构和表面形貌图，可以看出钨金属化层与Al2O3陶瓷结合紧密，且钨金属化层结构致密，钨颗粒之间紧密结合，孔隙率很低。

Claims (1)

1.一种氧化铝陶瓷表面金属化的组合物，其特征在于氧化铝陶瓷表面金属化的组合物由如下金属化配方构成：以重量百分比计有95%~97%的钨粉，3%~5%的MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉；钨粉采用两种不同粒度分布的钨粉，分别用A和B表示，其中A的D50为0.8~1.2μm，B的D50为2~3μm，A和B的重量百分比分别为30%~50%和50%~70%；玻璃粉以重量百分比计有61%~63% SiO2、19%~21%MgO、16%~18% Al2O3，玻璃粉的粒径为0.5~1μm；采用溶胶-凝胶法制备MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉；制备步骤是：
    (1) 按MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉体中各氧化物的量计算称量六水硝酸镁、九水硝酸铝和正硅酸乙酯；
    (2) 将六水硝酸镁、九水硝酸铝分别溶于无水乙醇，乙醇用量达到使六水硝酸镁、九水硝酸铝溶解：将硝酸镁和硝酸铝溶液加入到正硅酸乙酯中并搅拌，使混合溶液预水解10分钟；
    (3) 将上述溶液在80℃~90℃水浴，搅拌形成透明溶胶，静止后形成凝胶；
    (4) 将凝胶在60℃~70℃干燥，球磨3~4小时，得到干凝胶粉；
    (5) 将得到的干凝胶粉在650℃~750℃煅烧，得到MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108314467A (zh) * 2018-04-11 2018-07-24 甘肃恒星特种陶瓷有限公司 重离子加速器用陶瓷真空管表面导电层配方及制备方法
CN109734480A (zh) * 2019-02-27 2019-05-10 常州联德陶业有限公司 一种氮化铝陶瓷加热器用共烧高温发热浆料及其制备方法
CN115255347A (zh) * 2022-06-30 2022-11-01 南昌大学 一种钨硅酸化微米零价铁材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1121499A (zh) * 1994-08-02 1996-05-01 住友电气工业株式会社 具有光滑镀层的金属化陶瓷基片及其制造方法
CN1887814A (zh) * 2006-07-16 2007-01-03 常熟市银洋陶瓷器件有限公司 陶瓷金属化膏剂用粉料及其制备方法
CN101200348A (zh) * 2007-12-21 2008-06-18 天津大学 CaO－B2O3－SiO2玻璃粉体及制备方法
CN101318223A (zh) * 2008-07-14 2008-12-10 中南大学 用偏钨酸铵和仲钨酸铵制备高压坯强度钨粉的方法
CN101774826A (zh) * 2010-01-15 2010-07-14 电子科技大学 一种99BeO陶瓷金属化浆料及其制备法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1121499A (zh) * 1994-08-02 1996-05-01 住友电气工业株式会社 具有光滑镀层的金属化陶瓷基片及其制造方法
CN1887814A (zh) * 2006-07-16 2007-01-03 常熟市银洋陶瓷器件有限公司 陶瓷金属化膏剂用粉料及其制备方法
CN101200348A (zh) * 2007-12-21 2008-06-18 天津大学 CaO－B2O3－SiO2玻璃粉体及制备方法
CN101318223A (zh) * 2008-07-14 2008-12-10 中南大学 用偏钨酸铵和仲钨酸铵制备高压坯强度钨粉的方法
CN101774826A (zh) * 2010-01-15 2010-07-14 电子科技大学 一种99BeO陶瓷金属化浆料及其制备法

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