氧化鋁基板為何要黑色

氧化鋁（Al2O3）陶瓷是目前應(yīng)用最廣泛的陶瓷封裝基片材料，具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐熱沖擊性和電絕緣性及耐腐蝕性能力強(qiáng)等優(yōu)良性能，且廉價(jià)易得。常見的氧化鋁基板是白色，用作LED基板、高頻電路基板等。但有些用途需要避免氧化鋁基板反射光線，黑色氧化鋁的產(chǎn)品因此生成。黑色的氧化鋁基板有其獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用，需求也日益增加。

1.氧化鋁基板為何要黑色

氧化鋁陶瓷通常以基體中氧化鋁的含量來分類，例如一般把氧化鋁含量在99%、95%、90%左右的依次稱為“99瓷”、“95瓷”和“90瓷”。按顏色可分為白色、紫色、黑色氧化鋁等。 表 氧化鋁陶瓷基本性能

黑色氧化鋁陶瓷基板多用于半導(dǎo)體集成電路及電子產(chǎn)品中，這主要是由于半導(dǎo)體集成電路以及某些電子產(chǎn)品具有明顯的光敏性，要求作為封裝材料的氧化鋁陶瓷具有遮光性，為保證數(shù)碼顯示清晰也要求數(shù)碼管襯板的氧化鋁陶瓷呈黑色。

圖 氧化鋁黑瓷，來源：六方鈺成 黑色氧化鋁陶瓷基板具有機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性及避光性好等優(yōu)良的綜合性能，適合應(yīng)用于多層共燒陶瓷基板及光電、數(shù)字集成電路、微波電路器件陶瓷外殼等領(lǐng)域。例如采用黑色氧化鋁陶瓷封裝的晶體振蕩器可使體積縮小30~100倍。 氧化鋁陶瓷基板拋光可用堿性的二氧化硅溶液搭配合成纖維墊進(jìn)行拋光，以達(dá)到光滑的平面。

合成纖維拋光墊

二氧化硅拋光液（硅溶膠）

2.黑色氧化鋁基板的組成

黑色氧化鋁是在氧化鋁粉體合成時(shí)，特別添加過渡性氧化物，制造可吸收可見光的能階，因此呈現(xiàn)黑色。其構(gòu)成一般含有三部分：一是氧化鋁主體，其含量一般在90%-96 wt%之間；二是黑色色料；三是燒結(jié)助劑。 表 尖晶石類化合物及其顏色

目前常用的黑色著色氧化物有Fe2O3、CoO、NiO、V2O5、Cr2O3、MnO、TiO2等，其中Fe2O3、CoO、Cr2O3、MnO最為常用。這些著色氧化物在高溫下?lián)]發(fā)性都較強(qiáng)，在形成尖晶石后其揮發(fā)性會(huì)有明顯降低，因此色料通常以尖晶石（Me2+O·Me3+O3）的形態(tài)存在，黑色氧化鋁中的呈色效果主要是由不同的尖晶石型化合物決定的。

3.黑色氧化鋁基板的制備

目前國(guó)內(nèi)外制備黑色氧化鋁一般采用一次合成法和二次合成法。1）一次合成法一次合成法是將氧化鋁、著色氧化物、助劑直接按一定的配方比混合研磨后，再成型燒結(jié)制成黑色氧化鋁基板。

圖 一次合成法主要工藝流程2）二次合成法二次合成法是先利用一些著色氧化物煅燒合成黑色色料，如Fe-Co-Cr-Mn系和Fe-Cr-Co系，再把黑色色料、氧化鋁、助劑按一定配比混合研磨后，再成型燒結(jié)制成黑色氧化鋁基板。

圖 二次合成法主要工藝流程 黑色氧化鋁陶瓷在制備的時(shí)候需要從色料的選擇上考慮其使用上的要求，不僅要保證陶瓷基板的顏色的黑度、機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)也要保證陶瓷基板的絕緣性、熱學(xué)性質(zhì)以及其他性能。

圖 黑色氧化鋁陶瓷外殼，來源：石家莊市厚膜集成電路廠 隨著集成電路對(duì)封裝的要求越來越高，對(duì)黑色氧化鋁基板的需求日益增加，大批量、低成本地生產(chǎn)具有遮光特性的黑色氧化鋁陶瓷基板迫在眉睫，目前國(guó)內(nèi)外均積極開展對(duì)黑色氧化鋁陶瓷制造工藝的研究。黑色氧化鋁陶瓷國(guó)外開發(fā)的時(shí)間早，例如日本京瓷、日本精密陶瓷、CoorsTek等，國(guó)內(nèi)主要依賴進(jìn)口。