专利名称：一种高强度半导体封装陶瓷材料及其制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷材料制作领域，尤其是高可靠多层陶瓷封装外壳制作领域。
背景技术：
近年来，在半导体技术飞速发展的带动下，电子元器件不断向小型化、集成化和高频化方向发展。常规氧化铝陶瓷的烧结温度在1500°C以上，对烧成设备有较高的要求，需要高温氢气烧结炉，对能源的消耗也相当大，如电力、氢气等，所以制造成本一直居高不下，而且较高的烧结温度也限制了其只能采用难熔的W、Mo等金属作为导体材料。W、Mo材料的金属化电阻大，导体损耗高，不能完全满足高速、高频领域的应用。LTCC (低温共烧陶瓷材料)虽可以使用金、银、铜等低电阻导体，但为了降低烧结温度而加入了大量玻璃成分，从而导致其抗弯强度不足200Mpa。抗弯强度的降低导致了其可靠性的下降，在稍大一些的冲击下易出现裂纹或发生断裂，造成产品出现严重的失效现象。此外LTCC低的抗弯强度也限制了封装基板的厚度，不利于超薄封装形式的应用，从而限制了封装的进一步小型化。目前国内没有单位生产可以匹配低电阻导体材料，同时又保持较高机械性能的陶瓷封装材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高强度半导体封装陶瓷材料的制作方法，本发明所制作陶瓷封装材料耗能低、机械性能好，并且可以匹配低电阻导体材料。本发明所采取的技术方案是一种高强度半导体封装陶瓷材料，原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉15% 25% 着色剂5% 15%余量为氧化铝粉料；原料中氧化铝粉料的含量不低于70% ；着色剂由TW2和Cr2O3组成。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 5 0. 7微米粉状并混合均勻；(2)成型； (3)成型后在队洱=1:1 3气氛中进行烧结，烧结温度为1200 1300°C，氮气与氢气的比例为体积比。优选的氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3
10m2/go玻璃粉中各个物质的质量比为Li20 =SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=O. 5 — 1. 5:2 6: 1 3:1 4:0. 5 1. 5。优选的玻璃粉中各个物质的质量比为Li20 =SiO2 =MgO =MnO2 A2O3=I 4:2 3 1。着色剂中各个物质的质量比为=TiO2 =Cr2O3=O. 5 1. 5: 0. 5 1. 5。优选的着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: I0优选的原料中玻璃粉与着色剂的质量比为2:1。优选的原料中玻璃粉与着色剂的质量比为3:1。优选的原料中玻璃粉与着色剂的质量比为1:1。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于
本发明的陶瓷材料较传统的氧化铝陶瓷封装材料烧结温度降低了 300 400°C，因此可以降低大量的动燃费用、节约成本。本发明的陶瓷材料由于烧结温度降低，所以可以使用铜-钨作为配套的导体材料，其电导率大大提高，对制作成的封转外壳的电性能有好处，降低了插入损耗(微波类封装中的一个关键参数，越低越好)，提高了使用频率。本发明的陶瓷材料机械性能优于LTCC材料，因此在替代LTCC时可以把产品做的更小、更薄，减小封装的尺寸，从而在系统中集成更多的器件。使用该材料制作的外壳可用于大微波大功率器件和电路及多芯片组件(MCM)的封装，作为衔接芯片与系统的重要界面，不仅是器件和电路的重要组成部分，而且是保证半导体器件工程应用的重要基础。
具体实施例方式实施例1
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉20% 着色剂10%氧化铝粉料70%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为=Li2O=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1 着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: 1。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 5微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在队:吐=1:1气氛中进行烧结，烧结温度为1250°C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa
介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)
<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色
实施例2
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉15% 着色剂5%氧化铝粉料80%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为=Li2O=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1 着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: 1。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 7微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在N2 H2=I 3气氛中进行烧结，烧结温度为1300 0C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa
介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色
实施例3
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉15% 着色剂15%氧化铝粉料70%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为=Li2O=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1 着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: 1。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 6微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在N2 H2=I 2气氛中进行烧结，烧结温度为1200 0C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa
介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)
<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色
实施例4
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉25% 着色剂5%氧化铝粉料70%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为=Li2O=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1 着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: 1。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 6微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在N2 H2=I 3气氛中进行烧结，烧结温度为1230°C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa
介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)
<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色
实施例5
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉18% 着色剂10%氧化铝粉料72%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为=Li2O=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1 着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=I: 1。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 7微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在N2 H2=I 2气氛中进行烧结，烧结温度为1250°C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)
<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色
实施例6
原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉25% 着色剂5%氧化铝粉料70%。氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMffl，比表面积为3 10m2/g。玻璃粉中各个物质的质量比为Li20=SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=O. 5: 6: 3:1: 1. 5。着色剂中各个物质的质量比为11 =Cr2O3=O. 5:1. 5。制备方法为(1)将原料中各组分制成0. 6微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3) 成型后在N2 H2=I 3气氛中进行烧结，烧结温度为1250°C。所制高强度半导体封装陶瓷材料的主要技术指标如下 抗弯强度> 300MPa
介电常数< 9.5 (IMHz)
<9 (IOGHz) 介质损耗< 10Χ1(Γ4 (IMHz)
<20X1(T4 (IOGHz) 成瓷颜色黑色。
权利要求
1.一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉15% 25% 着色剂5% 15%余量为氧化铝粉料；原料中氧化铝粉料的含量不低于70% ；着色剂由TiO2和Cr2O3组成。
2.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，所述氧化铝粉料为α相，纯度大于99. 9%，粉体粒度小于lMm，比表面积为3 10m2/g。
3.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，玻璃粉中各个物质的质量比为:Li20 =SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=O. 5 1· 52 6 1 3 1 4:0. 5 1. 5。
4.如权利要求1或3所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，玻璃粉中各个物质的质量比为Li20 =SiO2 =MgO =MnO2 =Y2O3=I 4:2 3 1
5.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，着色剂中各个物质的质量比为:Ti02 =Cr2O3=O. 5 1. 5: 0. 5 1. 5。
6.如权利要求1或5所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，着色剂中各个物质的质量比为=TiO2 =Cr2O3=I :1ο
7.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，原料中玻璃粉与着色剂的质量比为2:1。
8.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，原料中玻璃粉与着色剂的质量比为3:1。
9.如权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料，其特征在于，原料中玻璃粉与着色剂的质量比为1:1。
10.权利要求1所述的一种高强度半导体封装陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤 (1)将原料中各组分制成0. 5 0. 7微米粉状并混合均勻；(2)成型；(3)成型后在氮气与氢气的比例为1:1 3气氛中进行烧结，烧结温度为1200 1300°C，所述氮气与氢气的比例为体积比。
全文摘要
本发明公开了一种高强度半导体封装陶瓷材料及其制作方法，涉及高可靠多层陶瓷封装外壳制作领域，所用原料按质量百分比由以下物质组成玻璃粉15%～25% 着色剂5%～15% 余量为氧化铝粉料。制备方法为(1)将原料中各组分制成0.5～0.7微米粉状并混合均匀；(2)成型；(3)成型后在N2:H2=1:1～3气氛中进行烧结，烧结温度为1200～1300℃，氮气与氢气的比例为体积比。本发明的陶瓷材料机械强度高，烧结温度较低，可以使用铜-钨作为配套的导体材料，其电导率大大提高。
文档编号C04B35/622GK102503377SQ20111029684
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者张金利 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所