氧化铝陶瓷基板是陶瓷中用途最广的材料。我们熟知的普通氧化铝或比较纯的氧化铝陶瓷基板一般呈白色。而现在有种氧化铝基板呈黑色,那么这种黑色氧化铝陶瓷基板,究竟是怎么来的?又有什么用呢?

黑色氧化铝陶瓷基板

 

黑色氧化铝陶瓷基板具有出色的低光反射率,同时保留了标准氧化铝的机械性能。目前,用于半导体和显示器制造设备的氧化铝的颜色主要是白色或象牙色,当用作光源周围或焦平面的组件时会反射光并引起眩光,这是一个问题。

黑色氧化铝陶瓷基板可以抑制表面光反射,同时保持精细陶瓷的强度和耐久性。(反射率在 240 至 2600 nm 波长范围内为 5.1 至 15.3%)黑色氧化铝的工作温度为300℃。因此,它坚固耐用,足以承受光源附近恶劣、高温的环境。

黑色氧化铝陶瓷基板

 

黑色氧化铝陶瓷基板

 

半导体具有五大特性之一,掺杂、热敏性、光敏性、负电阻率温度特性、整流特性,所以半导体集成电路往往具有明显的光敏性,所以我们需要给普通的黑氧化铝陶瓷一个好的白氧化铝基板来实现目的是减少光线对集成电路的不利影响。因为我们的目的是降低它的透光性,所以黑色是最合适的。

值得注意的是,由于“黑氧化铝”用于电子技术(这里的黑氧化铝陶瓷与磨料行业的黑氧化铝不同——Al2O3的含量为70%~80%,其中含有较多的氧化硅和氧化钛等杂质的黑刚玉),因此,形成黑色的黑色氧化铝陶瓷应具有基本的物理机械性能和化学稳定的行为,并控制其电学特性,如电阻率、介电常数等,作为电子设备也必须考虑这个特性。

 

 

 

黑氧化铝的应用:

 

适用于气密性强、透光性好、可靠性高的军用集成电路封装。可用作石英晶体振荡器、光学器件等产品的基板和封装外壳。

黑色氧化铝陶瓷基板
黑色氧化铝陶瓷基板

 

黑色氧化铝陶瓷基板

 

 

黑氧化铝的显色机理:

 

物质的特定颜色是由物质对可见光的选择性吸收引起的。如果物质吸收可见光范围内的所有波长的光,则该物质呈现黑色。

Al2O3陶瓷主要以过渡金属氧化物为着色剂。过渡金属元素离子的最外层为d轨道,为非球形对称轨道。在晶场的作用下,过渡金属元素离子的d跃迁能级分裂,形成不同的能级。电子处于不同能级的d轨道。间跃迁,跃迁能量在1-4eV之间,对应于吸收一定波长的光,波长范围恰好落在可见光区,使物质呈现有色,物质的颜色是互补色它吸收的光波的颜色。调整 AI2O3 陶瓷配方中有色氧化物的比例。

氧离子的显色不仅与其自身的价态有关,还与其配位环境有关。有色氧化物可能以三种方式存在于黑色氧化铝陶瓷中:一是固溶在α-Al2O3的晶格中。二是溶解在晶界玻璃相中。第三,各种有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和化学稳定性好的特点。当有色氧离子存在于尖晶石结构中时,价态和配位环境最稳定,颜色稳定性也最好。

 

原文始发于微信公众号(展至科技):黑色氧化铝陶瓷基板

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作者 gan, lanjie