專利名稱：一種電子封裝陶瓷用黑色色料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷封裝材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電子封裝陶瓷用黑色色料，本發(fā)明還涉及了該電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法。
背景技術(shù)：
電子封裝材料是一種用于承載電子元器件、保證電路聯(lián)結(jié)并具有良好電絕緣性、 導(dǎo)熱性等綜合性能的材料，要求封裝材料與被封裝的元器件在電學(xué)、物理和化學(xué)性能等方面具有良好的匹配性。陶瓷材料作為封裝材料的一種，因其特殊的性能應(yīng)用越來越廣泛。 陶瓷材料的主要性能包括良好的導(dǎo)熱性能，高的絕緣性能，與元器件具有相近的線膨脹系數(shù)，優(yōu)異的高頻特性，化學(xué)性能穩(wěn)定等綜合性能，廣泛用于集成電路、多芯片模件的封裝及多層疊片陶瓷基片。常用的陶瓷封裝材料主要有A1203、A1N、SiC、BN和BeO等。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子元件向片式化、小型化、高集成度發(fā)展，對集成電路的精密度要求越來越高，因此對封裝材料的要求也越來越高，而用陶瓷材料進行封裝可大幅度減小元器件的尺寸，同時能夠提高電路的精確度和靈敏度，如采用陶瓷材料封裝的晶體振蕩器可使體積縮小30 100倍，而相應(yīng)的精度及穩(wěn)定性卻大幅提高。但是，對于半導(dǎo)體集成電路及一些電子產(chǎn)品(如石英晶體振蕩器、數(shù)碼管襯板等)來說具有明顯的光敏性，傳統(tǒng)的封裝材料已經(jīng)不能滿足要求，因此要求封裝材料具有一定的遮光性。通過向陶瓷材料中添加適量的色料可改變其顏色，而加入黑色色料即可使封裝陶瓷呈現(xiàn)黑色，使其具有一定的光吸收性，從而保證電子元件的高度精確性和靈敏性。黑色色料是封裝陶瓷的重要組成部分，決定著封裝材料的最終呈色效果和其它相關(guān)性能。傳統(tǒng)的陶瓷用黑色色料主要有兩類應(yīng)用釉用和坯用，如日用陶瓷、彩色釉磚、裝飾陶瓷等，而在電子封裝陶瓷方面則鮮有報道。作為封裝陶瓷材料用色料，除了考慮著色的效果之外，還要保證封裝材料應(yīng)具有的其它性質(zhì)，如高的絕緣性、機械強度、熱學(xué)性質(zhì)等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電子封裝陶瓷用黑色色料，能使封裝陶瓷呈現(xiàn)黑色，使封裝陶瓷具有遮光性，且不影響封裝陶瓷的熱學(xué)、強度及絕緣性封裝要求。本發(fā)明的另一目的是提供該電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，步驟簡單，容易實現(xiàn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種電子封裝陶瓷用黑色色料，其特征在于，按照重量百分比，由以下原料組分組成=Fe2O3 20% 30%，Cr2O3 30% ；35%，MnCO3 25% 35%, CoO 0% 5%，SiO2 2%，TiO2 1. 5% 2. 5%, MgO 0. 5% 2. 5%，以上各組分重量百分比之和為100%。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1、將F%03、Cr2O3> MnCO3> CoO、SiO2, TiO2, MgO固體材料分別放入溶劑中并在超聲波清洗機中清洗，將清洗后的原料分別過篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)干燥；步驟2、在步驟1中得到的原料中，按照重量百分比分別稱取=F^O3 20% 30%， Cr2O3 30% 35%，MnCO3 25 % 35%，CoO 0% 5%，Si& 2%，Ti& 1.5% 2. 5%，MgO 0. 5% 2. 5%，以上各組分重量百分比之和為100% ；步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量溶劑，置于球磨機中球磨處理4h IOh ；步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在100°C 120°C溫度下干燥Ih 3h ；步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1200°C 1350°C， 保溫Ih 2h ；步驟6 將步驟5中得到的物料進行粉碎后，過300目篩網(wǎng)，加入適量溶劑，置于球磨機中球磨處理池 證；步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在100°C 120°C溫度下干燥Ih 池， 即制得。步驟1中，超聲波清洗次數(shù)為1 2次，每次清洗時間為IOmin 30min。步驟1、步驟3和步驟6中，所使用的溶劑為純凈水、乙醇、丙酮或甲苯。步驟3和步驟6中，球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。本發(fā)明電子封裝陶瓷用黑色色料具有以下優(yōu)點1、應(yīng)用廣泛，可用于各類封裝陶瓷，如氧化鋁、氧化鋯、氮化鋁、氮化硅封裝陶瓷寸。2、通過向封裝陶瓷材料中添加適量的該黑色色料，進行燒結(jié)后，可使封裝陶瓷呈現(xiàn)黑色，使其對光具有吸收性，從而保證電子元件的高度精確性和靈敏性。3、在封裝陶瓷材料中添加該色料后，既可在大氣條件下，也可以在真空中進行燒結(jié)。4、高溫穩(wěn)定性好，添加該色料的封裝陶瓷可在較大的溫度范圍及較高的溫度下進行燒結(jié)(900°C 1400°C )，具有良好的呈色效果且不易揮發(fā)。5、加入黑色色料的封裝陶瓷，在物理化學(xué)性能上，如絕緣性、機械強度、介電性、熱傳導(dǎo)性等，均符合封裝陶瓷的要求。本發(fā)明制備方法制備的黑色色料粒度均勻，步驟簡單，容易實現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明實施例2制得的電子封裝陶瓷用黑色色料的χ射線衍射圖；圖2是本發(fā)明實施例3制得的電子封裝陶瓷用黑色色料的的掃描電子顯微鏡照片。圖3是添加有本發(fā)明實施例3制得的電子封裝陶瓷用黑色色料的氧化鋁封裝陶瓷基板的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明一種電子封裝陶瓷用黑色色料及其制備方法，按照重量百分比，由以下原料組分組成Fe2O3 20% 30%，Cr2O3 30% 35%，MnCO3 25% 35%，CoO 0% 5%， SiO2 2%，Ti& 1. 5% 2. 5%，MgO 0. 5% 2. 5%，以上各組分重量百分比之和為 100%。Fe203> Cr2O3^MnCO3 (煅燒后為MnO)、CoO和TW2為著色氧化材料，通常在燒結(jié)過程中會有部分揮發(fā)，而經(jīng)高溫燒結(jié)后會形成不同類型的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的化合物，可有效降低所制備黑色色料的揮發(fā)性，保證良好的呈色效果。另外，著色氧化物中的MnCO3和TW2在氧化鋁陶瓷燒結(jié)過程中，可降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度。這是由于Ti02、Mn0的晶格常數(shù)與 Al2O3相近，且為變價元素，能夠與Al2O3形成不同類型的固溶體，這種變價作用增加了 Al2O3 的晶格缺陷，活化了晶格，從而降低了燒結(jié)溫度。再者，Si02、MgO為玻璃形成相，在電子封裝陶瓷用黑色色料的燒結(jié)過程中，玻璃相的生成可抑制色料的揮發(fā)，同時也可適當降低陶瓷材料的燒成溫度。MgO在燒結(jié)過程中，也可與i^203、Cr203、Mn0等著色氧化物相互作用，形成更加復(fù)雜的尖晶石化合物，可抑制黑色色素的揮發(fā)。本發(fā)明制備的黑色色料中Mn2+、!^3+、Cr3+等為元素周期表中第四期的過渡金屬，它們的最外層上均含有未配對的電子，基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量比較接近，產(chǎn)生對可見光強烈的選擇性吸收，其光譜吸收可以相互抑制其離子的光透過率，當它們的離子濃度配合調(diào)整合適時，其光譜曲線疊加后可互補可見光全部吸收而呈現(xiàn)黑色。為了得到純正的黑色色料，要求明度L*值越小越好，且色澤a*，b*值都小于5。該工藝制備的色料色度指數(shù)為L* :17. 03、 a*:1.30,b*:0. 98，呈現(xiàn)良好的黑色效果。實施例1步驟1、將佝203、Cr2O3、MnC03、Co0、SiO2、TiO2、MgO等固體粉末分別放入乙醇中并在超聲波清洗機中清洗，超聲波清洗次數(shù)為2次，每次清洗時間為lOmin，以除去表面雜質(zhì)并打開大的團聚體使其分散；將清洗后的原料分別過300目篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)，在100°C 溫度下干燥濁。步驟2、在步驟1中得到的原料中，分別稱取=Fe2O3 20g,Cr2O3 35g,MnCO3 35g，CoO 5g, SiO2 2g, TiO2 2. 5g, MgO 0. 5g。步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量乙醇，置于球磨機中球磨處理5h，使各組分充分混合并使顆粒進一步細化。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在100°C溫度下干燥池。步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1200°C，保溫池。步驟6 將步驟5中得到的物料使用研缽進行粉碎后，將粉碎后的物料過300目篩網(wǎng)后，加入適量乙醇，置于球磨機中球磨處理證。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。
步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在100°C溫度下干燥3h，即制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的電子封裝陶瓷用黑色色料。實施例2步驟1、將F%03、Cr2O3> MnCO3> CoO、SiO2, TiO2, MgO等固體粉末分別放入純凈水中
并在超聲波清洗機中清洗，超聲波清洗次數(shù)為1次，清洗時間為20min，以除去表面雜質(zhì)并打開大的團聚體使其分散；將清洗后的原料分別過300目篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)，在120°C 溫度下干燥Ih。步驟2、在步驟1中得到的原料中，分別稱取Fe203 30g, Cr2O3 30g，MnCO3 34g, SiO2 1. 5g, TiO2 2g, MgO 2. 5g ；步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量純凈水，置于球磨機中球磨處理8h， 使各組分充分混合并使顆粒進一步細化。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在120°C溫度下干燥lh。步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1350°C，保溫lh。步驟6 將步驟5中得到的物料使用研缽進行粉碎后，將粉碎后的物料過300目篩網(wǎng)，加入適量純凈水，置于球磨機中球磨處理池。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在110°C溫度下干燥2h，即制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的電子封裝陶瓷用黑色色料。如圖1所示，是本實施例制得的電子封裝陶瓷用黑色色料的χ射線衍射圖。從圖中可以看出，所制得的黑色色料的晶體結(jié)構(gòu)為尖晶石結(jié)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)式為(Mn，F(xiàn)e) Cr2O4, Mn Je位于四個氧離子包圍之中，形成[AO4]四面體，Cr位于六個氧離子包圍之中，形成[BO6]八面體。實施例3步驟1、將佝203、Cr2O3、MnC03、CoO、SiO2、TiO2、MgO等固體粉末分別放入甲苯中并在超聲波清洗機中清洗，超聲波清洗次數(shù)為2次，每次清洗時間為15min，以除去表面雜質(zhì)并打開大的團聚體使其分散；將清洗后的原料分別過300目篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)，在110°C 溫度下干燥濁。步驟2、在步驟1中得到的原料中，分別稱取=Fe2O3 27g，Cr2O3 33g，MnCO3 30. 5g， CoO 5g, SiO2 lg, TiO2 1. 5g, MgO 2g ；步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量甲苯，置于球磨機中球磨處理4h，使各組分充分混合并使顆粒進一步細化。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在110°C溫度下干燥池；步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1300°C，保溫 1. 5h ；
步驟6 將步驟5中得到的物料使用研缽進行粉碎后，將粉碎后的物料過300目篩網(wǎng)后，加入適量乙醇，置于球磨機中球磨處理4h。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在100°C溫度下干燥3h，即制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的電子封裝陶瓷用黑色色料。如圖2所示，本發(fā)明制備的電子封裝陶瓷用黑色色料顆粒形態(tài)好、平均粒徑適中、 粒度分布均勻。將本實施例制得的電子封裝陶瓷用黑色色料添加量為陶瓷材料總重量的 4%，燒結(jié)助劑添加量為陶瓷材料總重量的6%，其余為氧化鋁，經(jīng)壓制成型后于1300°C燒結(jié)的氧化鋁封裝陶瓷基板的掃描電子顯微鏡照片。從圖3中可以看出，添加本本發(fā)明的電子封裝陶瓷用黑色色料及燒結(jié)助劑后的氧化鋁陶瓷，對氧化鋁陶瓷顆粒的形貌影響不大， 色料均勻彌散分布，部分色料經(jīng)高溫熔化后包覆在氧化鋁顆粒表層。實施例4步驟1、將F%03、Cr2O3> MnCO3> CoO、SiO2, TiO2, MgO等固體粉末分別放入丙酮中并在超聲波清洗機中清洗，超聲波清洗次數(shù)為1次，清洗時間為30min，以除去表面雜質(zhì)并打開大的團聚體使其分散；將清洗后的原料分別過300目篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)，在100°C溫度下干燥濁。步驟2、在步驟1中得到的原料中，分別稱取=Fe2O3 30g,Cr2O3 35g,MnCO3 25g，Co0 4. 5g，SiO2 1. 5g，TiO2 2g，MgO 2g ；步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量丙酮，置于球磨機中球磨處理10h， 使各組分充分混合并使顆粒進一步細化。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在100°C溫度下干燥池；步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1350°C，保溫Ih ；步驟6 將步驟5中得到的物料使用研缽進行粉碎后，將粉碎后的物料過300目篩網(wǎng)后，加入適量乙醇，置于球磨機中球磨處理4h。球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在120°C溫度下干燥lh，即制得具有尖晶石結(jié)構(gòu)的電子封裝陶瓷用黑色色料。
權(quán)利要求
1.一種電子封裝陶瓷用黑色色料，其特征在于，按照重量百分比，由以下原料組分組 =Fe2O3 20% 30%，Cr2O3 30% 35%，MnCO3 25% 35%，CoO 0% 5%，Si& 2%, TiO2 1. 5% 2. 5%，MgO 0. 5% 2. 5%，以上各組分重量百分比之和為100%。
2.一種電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，其特征在于，具體步驟如下步驟1、將F%03、Cr2O3> MnCO3> CoO、SiO2, TiO2, MgO固體材料分別放入溶劑中并在超聲波清洗機中清洗，將清洗后的原料分別過篩網(wǎng)后，置于干燥箱內(nèi)干燥；步驟2、在步驟1中得到的原料中，按照重量百分比分別稱取=F^O3 20% 30%，Cr203 30% 35%，MnC03 25% 35%，Co0 0% 5%，Si& 2%，Ti& 1. 5% 2. 5%，Mg0 0. 5% 2. 5%，以上各組分重量百分比之和為100% ；步驟3、將步驟2稱取的原料混合后，加入適量溶劑，置于球磨機中球磨處理4h IOh ； 步驟4 將步驟3得到的物料放入干燥箱中，在100°C 120°C溫度下干燥Ih 池； 步驟5 將步驟4得到的物料置于坩堝中，高溫燒結(jié)爐中加熱到1200°C 1350°C，保溫 Ih 2h ；步驟6 將步驟5中得到的物料進行粉碎后，過300目篩網(wǎng)，加入適量溶劑，置于球磨機中球磨處理3h 5h ；步驟7 將步驟6得到的物料放入干燥箱中，在100°C 120°C溫度下干燥Ih 3h，即制得。
3.按照權(quán)利要求2所述電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，其特征在于，步驟1中， 超聲波清洗次數(shù)為1 2次，每次清洗時間為IOmin 30min。
4.按照權(quán)利要求2所述電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，其特征在于，步驟1、步驟3和步驟6中，所使用的溶劑為純凈水、乙醇、丙酮或甲苯。
5.按照權(quán)利要求2所述電子封裝陶瓷用黑色色料的制備方法，其特征在于，步驟3和步驟6中，球磨處理時，所使用球磨機為行星式球磨機，所使用球磨罐為剛玉陶瓷球磨罐、氧化鋯陶瓷球磨罐、氮化鋁陶瓷球磨罐、尼龍球磨罐或聚氨酯球磨罐，所使用磨球為剛玉陶瓷磨球、氧化鋯陶瓷磨球、氮化鋁陶瓷磨球或瑪瑙磨球。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子封裝陶瓷用黑色色料，由以下原料組分按照一定重量百分比組成Fe2O3、Cr2O3、MnCO3、CoO、SiO2、TiO2和MgO。本發(fā)明還公開了該黑色色料的制備方法，具體步驟為將各固體材料分別清洗、過篩網(wǎng)并干燥，再稱取所需原料，混合后球磨處理，干燥，高溫燒結(jié)，粉碎后，過篩網(wǎng)，再次球磨處理，干燥后即制得。本發(fā)明一種電子封裝陶瓷用黑色色料，能使封裝陶瓷呈現(xiàn)黑色，使封裝陶瓷具有遮光性，且不影響封裝陶瓷的熱學(xué)、強度及絕緣性封裝要求。本發(fā)明的制備方法，步驟簡單，容易實現(xiàn)。
文檔編號C04B41/85GK102515848SQ20111041759
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者徐雷, 湯玉斐, 趙康 申請人:西安理工大學(xué)