專利名稱：一種氧化鋁陶瓷表面金屬化的組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷-金屬封接技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于Al2O3陶瓷表面鎢金屬化的漿料配方及其制備方法。主要有兩個方面的內(nèi)容，首先是采用一定級配的鎢粉以確保金屬化層有較低的孔隙率；其次是采用溶膠-凝膠法制備超細(xì)顆粒的玻璃粉，促進(jìn)鎢金屬化層的致密化，從而降低鎢金屬化層的表面方阻。
背景技術(shù)：
Al2O3陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣電阻大，膨脹系數(shù)與芯片相匹配等特性，是微電子封裝領(lǐng)域最常見的基板材料或封裝殼體材料。為了使電子器件或封裝殼體具有高強(qiáng)度和高氣密性，Al2O3陶瓷常需要與可伐合金等封裝金屬進(jìn)行釬焊。而常見的金屬釬料與Al2O3陶瓷潤濕性差，所以需要在Al2O3陶瓷表面進(jìn)行金屬化，最常見的方法之一就是在其表面共燒鎢金屬化層，然后將具有鎢金屬化層的Al2O3陶瓷進(jìn)行電鍍Ni或Au，這樣就可以采用傳統(tǒng)的Ag-Cu等釬料釬焊Al2O3陶瓷和可伐合金，從而得到氣密封裝。氧化鋁陶瓷的鎢金屬化層主要由鎢粉和玻璃粉組成，其中鎢粉的質(zhì)量百分含量約為95 97%，其粒度范圍為0. 2μπΓ 0μπι，而玻璃粉約含3飛％，玻璃相的主要作用是連接鎢粉和氧化鋁陶瓷基板的作用。氧化鋁陶瓷鎢金屬化傳統(tǒng)的工藝過程是各粉料按配比混合球磨一加粘結(jié)劑得到金屬化漿料一絲網(wǎng)印刷一在氣氛保護(hù)下共燒一金屬化產(chǎn)品性能測試。氧化鋁陶瓷鎢金屬化漿料常用玻璃相一般為高軟化點的硅酸鹽玻璃料。玻璃粉常見的制備方法是玻璃粉體燒結(jié)法，燒結(jié)法的熔融工序溫度較高，有些組分容易揮發(fā)造成成分的偏離，且制出的玻璃很難磨細(xì)，用燒結(jié)法制出的玻璃粉粒徑為5 μ m左右。由于傳統(tǒng)方法中的鎢粉多采用一種粒度的鎢粉，且用燒結(jié)法制備的玻璃粉粒度較大，所以用傳統(tǒng)方法制備的鎢金屬化層存在結(jié)構(gòu)不致密、孔隙率高等缺陷，如

圖1所示，其方阻較高，約為1(Γ20 πιΩ / 口。隨著微電子封裝技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)方法制備的鎢金屬化層的性能已無法滿足氣密性或表面方阻的要求，因此Al2O3陶瓷表面金屬化層的致密度和表面方阻就成為影響其使用的關(guān)鍵因素。盡管通過改變陶瓷-金屬共燒的工藝可在一定程度上提高金屬化層的致密度，但不能從根本上解決其致密度低和表面方阻高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是要通過改變鎢粉的級配和采用新方法制備超細(xì)顆粒玻璃粉兩種途徑來改善鎢金屬化層的致密度，提高其方阻。本發(fā)明通過用溶膠-凝膠法制備玻璃粉和調(diào)整鎢粉的顆粒級配兩種方式來解決Al2O3陶瓷表面鎢金屬化層致密度低和方阻高的缺點， 同時其制備方法簡單，有良好的重復(fù)性，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
(1) 一種氧化鋁陶瓷表面鎢金屬化層的組合物，其特征在于它由如下金屬化配方構(gòu)成以重量百分比計有95% 97%的鎢粉，3% 5%的MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉。
(2)采用兩種不同粒度分布的鎢粉，分別用A和B表示，其中A的D50為 0. 8 1. 2 μ m，B的為D50為2 3 μ m.，A和B的重量百分比分別為30% 50%和50% 70%。金屬化層不致密的主要原因是鎢粉顆粒級配不合適，內(nèi)部存在許多空隙，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)兩種鎢粉的比列，使鎢粉形成良好的級配，大顆粒之間的空隙被小顆粒很好的填充，使鎢顆粒之間形成緊密堆積，有效地降低金屬化層孔隙率，從而降低金屬化層方阻。(3)本發(fā)明使用的MgO-Al2O3-SiO2玻璃粉，各氧化物的含量以重量百分比計有 61% 63% 的 Si02、19% 21%Mg0、16% 18% 的 Al2O3，玻璃粉的粒徑為 0. 5 1 μ m。(4)本發(fā)明使用的MgO-Al2O3-S^2玻璃粉由溶膠_凝膠法制備，其制備方法為 1)按制備粉體中各氧化物的量計算稱量六水硝酸鎂、九水硝酸鋁和正硅酸乙酯；
2)將六水硝酸鎂、九水硝酸鋁分別溶于無水乙醇，乙醇用量達(dá)到使六水硝酸鎂、 九水硝酸鋁溶解即可將硝酸鎂和硝酸鋁溶液加入到正硅酸乙酯中并攪拌，使混合溶液預(yù)水解8 12分鐘；
3)將上述溶液在80°C 90°C水浴，攪拌形成透明溶膠，靜止后形成凝膠；
4)將凝膠在60°C 70°C干燥，然后球磨3、小時，得到干凝膠粉；
5)將得到的干凝膠粉在650°C 750°C煅燒，得到MgO-Al2O3-SW2玻璃粉。溶膠凝膠法制備粉體時，可在較低的溫度合成分子級的材料，具有化學(xué)組成精確， 純度高，均勻性強(qiáng)等優(yōu)點，而且合成的粉體粒徑容易控制，可制得合適粒度的玻璃粉，其在燒結(jié)過程中熔融后能使鎢顆粒迅速再排列和有效地密集填充空隙，促進(jìn)膜層的致密化，最終導(dǎo)致膜層方阻的降低。在得到鎢粉和玻璃粉之后，可按照Al2O3陶瓷表面鎢金屬化的工藝制度進(jìn)行制備，其具體工藝為將上述原料按金屬化配方的比例稱重、混合，以無水乙醇為介質(zhì)，置于行星球磨機(jī)中球磨12小時，然后烘干備用；將制備好的金屬化粉末，加入適量的有機(jī)粘結(jié)劑，球磨72小時，使其混合均勻，得到鎢金屬化漿料。然后用絲網(wǎng)印刷的方法覆蓋在氧化鋁陶瓷生瓷片上；將覆蓋有金屬化粉的生瓷片在濕氫氣氛下燒結(jié)，氫氣露點在20士 10°C范圍內(nèi)，燒結(jié)溫度1600°C，保溫4(T60min。本發(fā)明與現(xiàn)有鎢金屬化漿料相比，通過兩種不同粒度分布的鎢粉的配合使用，同時加入用溶膠凝膠法制備的超細(xì)玻璃粉顯著增加了鎢金屬化層的致密度，同時將鎢金屬化層的方阻降低至疒9 πιΩ/ 口。說明書附圖
圖1為傳統(tǒng)方法制備氧化鋁陶瓷鎢金屬化層的微觀結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明用溶膠凝膠法制得的玻璃粉的掃描電鏡圖； 圖3為本發(fā)明用溶膠凝膠法制得的玻璃粉的XRD衍射圖； 圖4為本發(fā)明所述方法制備的氧化鋁陶瓷鎢金屬化層的微觀結(jié)構(gòu)圖； 圖5為本發(fā)明所述方法制備的氧化鋁陶瓷鎢金屬化層的表面形貌圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。實施例如下
實施例1 本實施例的配方組成為20. 6的MgO，17. 5的Al2O3，62. 0的SiO2，均為重量百分比。按氧化物總量為20g，計算并稱量所需六水硝酸鎂、九水硝酸鋁和正硅酸乙酯。將六水硝酸鎂、九水硝酸鋁分別溶于無水乙醇，乙醇用量達(dá)到使六水硝酸鎂、九水硝酸鋁溶解即可將硝酸鎂和硝酸鋁溶液加入到正硅酸乙酯中并攪拌，使混合溶液預(yù)水解10分鐘。將上述溶液90°c水浴，不斷攪拌直到溶液的粘度明顯增加，形成凝膠。將凝膠在60°C干燥， 將塊狀干凝膠研磨至粉狀。用與干凝膠粉同等重量的瑪瑙球作磨球，球磨4小時，取出在 700°C下煅燒，得到本發(fā)明所說的玻璃粉，如圖2為玻璃粉的掃描電鏡圖，可以看出玻璃粉有一定的團(tuán)聚，其粉體粒徑約為0. 5^1 μ m，顯著低于傳統(tǒng)熔煉方式制備得到的玻璃粉粒徑 2飛μ m。圖3為本發(fā)明用溶膠凝膠法制得的玻璃粉的XRD衍射圖譜，圖中衍射峰為明顯的饅頭峰，沒有晶體的衍射峰，由此可知制得的粉末為玻璃。實施例2 所用鎢粉配方(重量百分比)及金屬化層的表面方阻如表1所示。具體實施過程為(以姊樣品為例)
表1幾種鎢粉的配比及鎢金屬化層的表面方阻
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁陶瓷表面金屬化的組合物，其特征在于氧化鋁陶瓷表面金屬化的組合物由如下金屬化配方構(gòu)成以重量百分比計有95°/Γ97%的鎢粉，3°/Γ5%的MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉；鎢粉采用兩種不同粒度分布的鎢粉，分別用A和B表示，其中A的D50為0. 8^1. 2 μ m, B的為D50為2 3 μ m，A和B的重量百分比分別為30% 50%和50% 70% ；玻璃粉以重量百分比計有61% 63% Si02、19% 21%Mg0、16% 18% Al2O3，玻璃粉的粒徑為0. 5 1 μ m。
2.如權(quán)利要求1的一種氧化鋁陶瓷表面金屬化的組合物，其特征是采用溶膠-凝膠法制備MgO- Al2O3- SiO2玻璃粉；制備步驟是(1)按MgO-Al2O3- SiO2玻璃粉體中各氧化物的量計算稱量六水硝酸鎂、九水硝酸鋁和正硅酸乙酯；(2)將六水硝酸鎂、九水硝酸鋁分別溶于無水乙醇，乙醇用量達(dá)到使六水硝酸鎂、 九水硝酸鋁溶解將硝酸鎂和硝酸鋁溶液加入到正硅酸乙酯中并攪拌，使混合溶液預(yù)水解 10分鐘；(3)將上述溶液在80°C 90°C水浴，攪拌形成透明溶膠，靜止后形成凝膠；(4)將凝膠在60°C 70°C干燥，球磨3、小時，得到干凝膠粉；(5)將得到的干凝膠粉在650Π50 煅燒，得到MgO-Al2O3- SiO2玻璃粉。
全文摘要
一種降低氧化鋁陶瓷鎢金屬化層方阻漿料及其制備工藝，屬于陶瓷-金屬封接技術(shù)領(lǐng)域。鎢金屬化層由鎢粉和玻璃相組成。本發(fā)明主要通過改變鎢粉粒度分布，使鎢粉形成良好的級配，鎢顆粒之間形成緊密堆積；同時加入用溶膠凝膠法制備的超細(xì)玻璃粉，其在燒結(jié)過程中熔融后能使鎢顆粒迅速再排列和有效地填充空隙，促進(jìn)金屬化層的致密化。本發(fā)明可顯著增加氧化鋁陶瓷鎢金屬化層的致密度，并將鎢金屬化層的表面方阻降低至7-9mΩ/□。主要適用于微電子封裝中混合集成電路、毫米波/微米波集成電路、多芯片組件和大功率器件的封裝外殼。
文檔編號C03C12/00GK102276152SQ20111017585
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者何新波, 吳茂, 曲選輝, 趙聰 申請人:北京科技大學(xué)