本發(fā)明屬于材料制備，尤其涉及一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉配方及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷劈刀干壓粉是一種用于制造陶瓷劈刀的粉末原料，這種劈刀在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。它主要被用作鍵合工具，在芯片與引線框架之間進(jìn)行金線鍵合操作，這一過程實(shí)現(xiàn)了金線與焊盤之間的冶金結(jié)合，進(jìn)而確保了芯片與引線框架之間的電氣連接。這種鍵合方式具有高效、可靠和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是半導(dǎo)體封裝工藝中不可或缺的一環(huán)。

2、傳統(tǒng)陶瓷劈刀干壓粉的制備工藝存在幾點(diǎn)不足之處：1)燒結(jié)溫度較高：傳統(tǒng)配方往往需要較高的燒結(jié)溫度以確保充分致密化，這可能導(dǎo)致材料在燒結(jié)過程中發(fā)生較大的變形，影響產(chǎn)品的尺寸精度和形狀穩(wěn)定性。高溫?zé)Y(jié)還可能引發(fā)材料內(nèi)部應(yīng)力的累積，進(jìn)一步加劇變形問題。2)晶粒生長不均勻：缺乏有效的晶粒生長抑制劑，導(dǎo)致在燒結(jié)過程中可能出現(xiàn)異常的晶粒長大現(xiàn)象，這會降低材料的整體強(qiáng)度和韌性。3)晶界缺陷：沒有適當(dāng)?shù)奶砑觿﹣矸€(wěn)定晶界，可能會導(dǎo)致晶界滑移或其他缺陷，影響材料的機(jī)械性能。4)流動性與壓制性能不佳：僅使用聚乙烯醇(pva)作為有機(jī)助劑，不足以提供最佳的粉末流動性和壓制性能，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品的密度和性能。為此提出一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉配方及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉配方及其制備方法，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉配方，包括以下重量百分比的原料：α-al2o392.5％、納米sio2?3％、mgo?0.6％、y2o3?0.4％、zro2?1％、cr2o3?0.2％、pva?0.8％、peg0.5％和水1％。

4、一種根據(jù)上述所述的低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉的制備方法，包括以下步驟：

5、步驟1、球磨混合；

6、步驟2、噴霧干燥；

7、步驟3、有機(jī)助劑制備；

8、步驟4、造粒；

9、步驟5、干燥篩分；

10、步驟6、干壓成型；

11、步驟7、燒結(jié)；

12、步驟8、后處理；

13、步驟9、性能測試：按照astm標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，包括密度測試、抗彎強(qiáng)度測試、斷裂韌性測試和硬度測試。

14、進(jìn)一步的，所述步驟1的具體步驟如下：

15、a.按配方稱取原料，依次加入5l氧化鋯球磨罐中；

16、b.按照固液比1:1.5加入無水乙醇；

17、c.按照球料比3:1加入氧化鋯球；

18、d.密封球磨罐，將球磨罐安裝到行星式球磨機(jī)上，以300rpm的轉(zhuǎn)速開始球磨；

19、e.在球磨過程中，每2h改變一次旋轉(zhuǎn)方向；

20、f.球磨24h后停止，靜置2h。

21、進(jìn)一步的，所述步驟2的具體步驟如下：

22、a.將球磨后的漿料通過200目篩網(wǎng)過濾；

23、b.調(diào)節(jié)離心噴霧干燥機(jī)的參數(shù)至設(shè)定值，包括霧化壓力：0.2mpa，進(jìn)口溫度：180℃，出口溫度：90-95℃，離心盤轉(zhuǎn)速：12000rpm；

24、c.開始進(jìn)料，控制進(jìn)料速率為50ml/min；

25、d.收集干燥后的粉體，控制粉體含水量<0.5％。

26、進(jìn)一步的，所述步驟3的具體步驟如下：

27、a.將去離子水加熱至80℃；

28、b.緩慢加入pva，攪拌溶解，保持溫度1h；

29、c.降溫至60℃，加入peg，繼續(xù)攪拌30min；

30、d.自然冷卻至室溫，得到5wt％的有機(jī)助劑溶液。

31、進(jìn)一步的，所述步驟4的具體步驟如下：

32、a.將噴霧干燥后的粉體與有機(jī)助劑溶液按95:5的重量比混合；

33、b.攪拌均勻，靜置2h使粉體充分吸收有機(jī)助劑；

34、c.將混合后的粉體加入擠壓造粒機(jī)的料斗中；

35、d.啟動造粒機(jī)，控制擠壓壓力為5mpa；

36、e.調(diào)節(jié)造粒盤轉(zhuǎn)速為50rpm，開始造粒；

37、f.收集造粒后的顆粒，控制顆粒粒徑在100-200μm范圍內(nèi)。

38、進(jìn)一步的，所述步驟5的具體步驟如下：

39、a.將造粒后的顆粒均勻鋪在干燥盤上，厚度不超過1cm；

40、b.將熱風(fēng)循環(huán)烘箱預(yù)熱至60℃，將鋪好顆粒的干燥盤放入預(yù)熱好的烘箱中，干燥12h；

41、c.取出干燥后的顆粒，冷卻至室溫；

42、d.振動篩分機(jī)使用80目篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，振動時間為15min；

43、e.收集篩下物，即為最終干壓粉。

44、進(jìn)一步的，所述步驟6的具體步驟如下：

45、a.將干壓粉裝入模具中，輕輕振動使粉體均勻分布；

46、b.將模具放入液壓機(jī)，緩慢加壓至200mpa；

47、c.保壓30秒后，以0.5mpa/s的速率緩慢卸壓；

48、d.取出生坯。

49、進(jìn)一步的，所述步驟7的具體步驟如下：

50、a.將干壓成型的生坯放入氧化鋁坩堝中；

51、b.將氧化鋁坩堝置于高溫箱式爐的中心位置；

52、c.按照設(shè)定的燒結(jié)曲線進(jìn)行燒結(jié)；燒溫曲線為：以2℃/min的升溫速率從室溫升溫至500℃，保溫2h，然后以5℃/min的升溫速率繼續(xù)升溫至1200℃，當(dāng)爐溫達(dá)到1200℃時，以3℃/min的升溫速率繼續(xù)升溫至1600℃，保溫4h，

53、d.燒結(jié)完成后，按照2℃/min的降溫速率開始降溫，待爐溫降至200℃以下時，開爐取出樣品。

54、進(jìn)一步的，所述步驟8的具體步驟如下：

55、a.將燒結(jié)后的樣品固定在磨床工作臺上；

56、b.進(jìn)行表面精磨，去除表面燒結(jié)層，磨削速度為30m/s，進(jìn)給量為0.01mm/次；

57、c.用超聲波清洗機(jī)清洗樣品15min，去除磨削殘留物；

58、d.在60℃下烘干2h。

59、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

60、本發(fā)明通過創(chuàng)新的配方設(shè)計(jì)和優(yōu)化的制備工藝，成功開發(fā)出一種低變形、低收縮、高性能的陶瓷劈刀干壓粉。該材料在保持傳統(tǒng)高純氧化鋁優(yōu)點(diǎn)的同時，顯著改善了燒結(jié)變形、收縮率和力學(xué)性能，為半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域提供了一種性能更優(yōu)、穩(wěn)定性更高的關(guān)鍵材料，具有重要的實(shí)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：α-al2o3?92.5％、納米sio2?3％、mgo?0.6％、y2o3?0.4％、zro2?1％、cr2o30.2％、pva?0.8％、peg0.5％和水1％。

2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1的具體步驟如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2的具體步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3的具體步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟4的具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟5的具體步驟如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟6的具體步驟如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟7的具體步驟如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述步驟8的具體步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉配方及其制備方法，低變形高性能陶瓷劈刀干壓粉，包括以下重量百分比的原料：α?Al2O3?92.5％、納米SiO2?3％、MgO?0.6％、Y2O3?0.4％、ZrO2?1％、Cr2O30.2％、PVA?0.8％、PEG?0.5％和水1％。本發(fā)明通過創(chuàng)新的配方設(shè)計(jì)和優(yōu)化的制備工藝，成功開發(fā)出一種低變形、低收縮、高性能的陶瓷劈刀干壓粉。該材料在保持傳統(tǒng)高純氧化鋁優(yōu)點(diǎn)的同時，顯著改善了燒結(jié)變形、收縮率和力學(xué)性能，為半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域提供了一種性能更優(yōu)、穩(wěn)定性更高的關(guān)鍵材料，具有重要的實(shí)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：洪從葉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州芯合半導(dǎo)體材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30