黑色氧化铝陶瓷在电子封装应用中存在的必要性

1 黑色氧化铝陶瓷在电子领域应用的必要性

选择黑色氧化铝陶瓷作为研究对象具有一定的必然性和可行性。由于半导体集成电路常具有明显的光敏性，用于数码管衬板的氧化铝也要求呈黑色，以保证数码显示清晰，并且作封装管壳的特种陶瓷材料应需具有遮光性。

塑料封装材料也可以被加工成黑色，但是黑色塑料封料在耐湿性、气密性、化学稳定性及耐热冲击性能等方面较黑色氧化铝陶瓷封装材料差，难以满足某些特种封装的要求。

在陶瓷封装材料中，AlN陶瓷烧成温度太高且不易通过配方和工艺的调整使之降低，故难以制得黑色氮化铝陶瓷。

BeO陶瓷烧成温度高且有毒，限制了它的使用。

纯的氧化铝陶瓷本身的烧成温度也是很高的，在助溶剂掺杂及特殊工艺条件下，氧化铝陶瓷的烧成温度大大降低，因而氧化铝为主要原料可以得到黑色氧化铝陶瓷。

黑色氧化铝陶瓷作为特种陶瓷封装材料，其密度较一般的金属封装材料小而气密性较塑料封装材料好，在要求电子封装具有高可靠性、气密性及耐热冲击性能的场合，黑色氧化铝陶瓷具有其他种类封装材料不可替代的优点。瓷体呈黑色满足了某些电子产品避光性的要求。和其他陶瓷材料相比，黑色氧化铝陶瓷加工技术成熟，制作成本低，具有很大的实用价值。

2 黑色氧化铝陶瓷的呈色机理

通常着色陶瓷的颜色与着色陶瓷的特征吸收频段相应颜色的补色（即反射频谱所显示的颜色）相当。如果陶瓷的反射频谱的反射强度或反射率很低，说明陶瓷材料对可见光各频段的电磁波有非常强烈的吸收，陶瓷就会呈现深色或黑色。因此黑色氧化铝陶瓷是含有可见光范围内对各色光波均匀地、大幅度的吸收各种着色离子的氧化铝陶瓷。

调整氧化铝陶瓷配方中着色氧化物的比例，在一定条件下制得陶瓷样品，能吸收全部可见光而呈现黑色。

着色氧化物离子的呈色不仅与它本身的价态有关，还与它所处的配位环境有关。着色氧化物在黑色氧化铝陶瓷中可能以三种方式存在：

一是固溶于α-Al2O3的晶格中。

二是溶解于晶界玻璃相中。

三是各种着色氧化物相互作用形成尖晶石相。其中尖晶石结构具有结构稳定性高，化学稳定性好的特点，着色氧化物离子存在于尖晶石结构中时，其价态和配位环境最稳定，呈现的稳定性也最好。在氧化铝陶瓷的烧成过程中，晶界游离的着色氧化物很容易相互作用形成尖晶石结构。

氧化铝陶瓷的主要组成Al2O3是一种高温下挥发较弱的氧化物，而常用的着色氧化物在高温下的挥发性都较强。着色氧化物形成尖晶石后，其高温挥发性一般会降低。因此，工艺条件能够保证在较低的温度（色素氧化物的挥发还不明显的温度）下，使色素氧化物结合成尖晶石，成为抑制色素挥发的应予重视的措施。

作为电子技术应用的氧化铝陶瓷，黑色着色剂或色料的选择必须考虑陶瓷材料的其他性能。例如必须考虑到陶瓷材料具有较高的电阻率等。也就是说氧化铝黑瓷瓷料的选择，从色料的选择开始就要考虑到使用上的要求；不仅要保证瓷料颜色的黑度，质地的致密，也必须保证瓷体的绝缘特性以及用作电子器件时所应具备的其他性能。

3 黑色氧化铝陶瓷的制备

目前国内外制备黑色氧化铝陶瓷一般采用一次合成法与二次合成法。

一次合成法是将氧化铝、着色氧化物、助溶剂直接按一定的配比和工艺来制备黑色氧化铝；而二次合成法是先利用一些金属氧化物合成黑色色料，再将黑色色料、助溶剂、氧化铝按一定的配比和工艺来制备黑色氧化铝，此法工艺步骤相对复杂，能耗较高。到目前为止国内学者在黑色色料的研制和应用上做了大量的研究工作，发现了Fe-Cr-Co系和Fe-Cr-Co-Mn系，这些系统的色料通常以尖晶石（Me2+O·Me3+O3）的形态存在。

4 总结

目前，由于涉及到材料配方和生产工艺，国内对黑色氧化铝陶瓷的整体研究水平与国外相比还存在一定距离，针对电子领域应用黑色氧化铝陶瓷的专门研究报道较少。虽然国内也有进行黑色氧化铝陶瓷的研究，但是烧结温度高，无法满足实际生产的需要，许多氧化铝陶瓷封装的电子产品还依赖进口，在黑色氧化铝陶瓷研究的专业化和实用化方面还有待加强。因此，研究低温烧结黑色氧化铝陶瓷，打破国外在黑色氧化铝陶瓷封装电子产品上的垄断，具有很大的实际应用价值。