发明名称 ESD耗散性陶瓷物
摘要 本发明有关于一种致密陶瓷其具有ESD耗散特性,于半绝缘范围内(103~1011 Ohm-cm)可调整体积及表面电阻率,实质上为无孔隙,高弯曲强度,淡色,用在需求ESD耗散特性,构造可靠度,高视觉可辨别,低磨耗以及微粒污染,以在制造及组合静电敏感的微电子、电磁、电光元件、装置及系统时用做ESD耗散性工具,夹具,承载轴承元件,工作表面与容器。
申请公布号 TW588026 申请公布日期 2004.05.21
申请号 TW090128853 申请日期 2001.11.21
申请人 圣高拜陶器塑胶公司 发明人 郭霍皇;马修A 辛普森;罗杰 J 林
分类号 C04B35/00 主分类号 C04B35/00
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其系利用于充分时间与足够温度下烧结一包括一种基础材料及一种或更多种电阻率调整剂之混合物,以达到至少99%的理论密度所形成者,其中该基础材料包括一种四方晶系(tetragonal)氧化锆多晶(TZP);其中该电阻率调整剂包括含量约为基础材料的5vol.%至60 vol.%及从由导电性与半导性材料或其混合物所构成群组中所选出者;及其中该ESD耗散性陶瓷组成物具有下列物理性质:(a)体电阻率范围从103-1011Ohm-cm;(b)弯曲强度至少500 MPa;及(c)电压衰减时间低于500 ms。2.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该TZP包括氧化钇稳定的TZP(Y-TZP),其中该氧化钇存在量约从2.5至4.5莫耳百分比。3.如申请专利范围第2项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括2.6莫耳百分比的氧化钇。4.如申请专利范围第2项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括2.8莫耳百分比的氧化钇。5.如申请专利范围第2项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括3莫耳百分比的氧化钇。6.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的10 vol.%至50 vol.%。7.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的20 vol.%至40 vol.%。8.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的25 vol.%至30vol.%。9.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂是从由氧化物,碳化物,氮化物,氧碳化物,氧氮化物及氧碳氮化物所构成群组中所选出者。10.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少600 MPa。11.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少700 MPa。12.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少800MPa。13.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少900 MPa。14.如申请专利范围第1项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少1000 MPa。15.一种由申请专利范围第1项之陶瓷制成的ESD耗散性元件的零件,其中该元件在粒子产生测试时具有小于600颗粒/平方公分及其中该元件具有小于3000之Ra。16.如申请专利范围第15项之ESD耗散性元件的零件,其中该表面磨光是由翻滚产生。17.如申请专利范围第15项之ESD耗散性元件的零件,其中该陶瓷的颜色是淡的。18.如申请专利范围第15项之ESD耗散性元件的零件,其中该陶瓷的颜色是暗的。19.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其系利用于充分时间与足够温度下烧结一包括一种基础材料及一种或更多种电阻率调整剂之混合物,以达到至少99.5%的理论密度所形成者;其中该基础材料包括一种四方晶系(tetragonal)氧化锆多晶(TZP);其中该电阻率调整剂包括含量约为基础材料的5vol.%至60 vol.%及从由导电性与半导性材料或其混合物所构成群组中所选出者;及其中该ESD耗散性陶瓷组成具有下列物理性质:(a)体电阻率范围从105-109Ohm-cm;(b)弯曲强度至少500 MPa;及(c)电压衰减时间低于500 ms。20.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该TZP包括氧化钇稳定的TZP(Y-TZP)其中该氧化钇存在量约从2.5至4.5莫耳百分比。21.如申请专利范围第20项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括2.6莫耳百分比的氧化钇。22.如申请专利范围第20项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括2.8莫耳百分比的氧化钇。23.如申请专利范围第20项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该Y-TZP包括3莫耳百分比的氧化钇。24.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的10 vol.%至50 vol.%。25.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的20 vol.%至40vol.%。26.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂含量约为基础材料的25 vol.%至30 vol.%。27.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂是从下列群组由氧化物,碳化物,氮化物,氧碳化物,氧氮化物及氧碳氮化物组成中所选出。28.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少600 MPa。29.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少700 MPa。30.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少800 MPa。31.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少900 MPa。32.如申请专利范围第19项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该弯曲强度至少1000 MPa。33.一种由申请专利范围第19项之陶瓷制成的ESD耗散性元件的零件,其中该元件在粒子产生测试时具有小于600颗粒/平方公分及其中该元件具有小于3000的Ra。34.如申请专利范围第33项之ESD耗散性元件的零件,其中该表面磨光是由翻滚产生。35.如申请专利范围第33项之该ESD耗散性元件的零件,其中该陶瓷的颜色是淡的。36.如申请专利范围第33项之该ESD耗散性元件的零件,其中该陶瓷的颜色是暗的。37.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约85至60 vol.% Y-TZP及约15至40 vol.% ZnO,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少95%的理论密度。38.如申请专利范围第37项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中使用第二次热处理来增加理论密度至大于99%。39.如申请专利范围第37项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该组成物使用在一LKE色度计上之CIE 1976L*a* b*尺度量测,其具有一L*至少50的颜色量测。40.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约90至50 vol.% Y-TZP及约10至50 vol.%半导电性SnO2,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少95%的理论密度。41.如申请专利范围第40项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该组成物使用在一LKE色度计上之CIE1976L* a* b*尺度量测,其具有一L*至少50的颜色量测。42.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约80至70 vol.% Y-TZP及约20至30 vol.% LaMnO3,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少95%的理论密度。43.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约90至60 vol.% Y-TZP及约10至40 vol.% LaCrO3,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少99%的理论密度,接着以热均压制程做为第二次热处理。44.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约90至75 vol.% Y-TZP及约10至25 vol.% ZrC,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少95%的理论密度,接着以热均压制程做为第二次热处理。45.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包括约75 vol.% Y-TZP及约25 vol.%BaO6Fe2O3,以烧结做为主要的热处理,将其致密化到至少95%的理论密度,接着以热均压制程做为第二次热处理。46.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其包含AlN在氩气中于1900℃热处理,接着以大于10℃/分的速率快速冷却至室温。47.一种ESD耗散性陶瓷,其包括ZrO2及半导性SnO2,该陶瓷具有下列物理特性:(a)预先决定的衰减时间;(b)维氏硬度大于10GPa;及(c)密度至少99%的理论密度。48.一种ESD耗散性陶瓷组成物,其系利用烧结一包括一种基础材料及一种或更多种电阻率调整剂之混合物所形成者;其中该基础材料包括一种四方晶系(tetragonal)氧化锆多晶(TZP);其中该电阻率调整剂包括含量约为基础材料的5vol.%至60 vol.%及从由导电性与半导性材料或其混合物所构成群组中所选出者;及其中该ESD耗散性陶瓷组成物,具有下列物理性质:(a)体电阻率范围从106-109Ohm-cm;(b)弯曲强度至少400 MPa;及(c)电压衰减时间低于500 ms。49.如申请专利范围第48项之ESD耗散性陶瓷,该烧结是在空气中实施。50.如申请专利范围第49项之ESD耗散性陶瓷,其中该第二次热处理步骤包括热均压。51.一种ESD耗散性陶瓷,其包括ZrO2及半导性SnO2,该陶瓷具有下列物理特性:(a)预先决定的衰减时间;(b)维氏硬度大于10GPa;及(c)使用在一LKE色度计上之CIE 1976L*a*b*尺度量测,具有一L*至少50的颜色量测。52.如申请专利范围第51项之ESD耗散性陶瓷组成物,其中该SnO2存在量约为起始试药体积的20-80%范围。53.一种处理ESD耗散性陶瓷的方法,其包括以下步骤:(a)以一种或更多种热处理固化两种或更多种粉末达最终的密度,及(b)使用一最终的热处理以产生至少25%改变于所得陶瓷的电阻率。54.如申请专利范围第53项之方法,其中该最终的热处理是于小于90%烧结温度的空气中实施。55.如申请专利范围第53项之方法,其中该最终的热处理是在其一分压小于大气氧压的氧气中实施。56.如申请专利范围第53项之方法,其中该最终的热处理增加所得陶瓷的电阻。57.如申请专利范围第53项之方法,其中该最终的热处理减小所得陶瓷的电阻。58.如申请专利范围第53项之方法,其中该最终的热处理移动体电阻率至106-109Ohm-cm范围。59.一种形成淡色ESD耗散性陶瓷的方法,其包括以下步骤:(a)形成一种混合物,包括约85至60 vol.% Y-TZP及约15至40 vol.% ZnO;及(b)利用一主要热处理致密化该混合物到至少95%的理论密度。60.如申请专利范围第59项之方法,进一步包括使用第二次热处理步骤以增加至大于99%的理论密度。61.一种形成淡色ESD耗散性陶瓷的方法,其包括以下步骤:(a)形成一种混合物,包括约90至50 vol.% Y-TZP及约10至50 vol.% SnO2;及(b)利用一主要热处理致密化该混合物到至少95%的理论密度。62.如申请专利范围第61项之方法,进一步包括使用第二次热处理步骤以增加至大于99%的理论密度。63.一种调整ESD耗散性陶瓷电阻率的方法,其包括在控制的热及气氛条件下热均压该陶瓷的步骤。64.一种形成陶瓷基元件做为ESD耗散性目的之方法,其包括以下步骤:(a)形成一ESD耗散性陶瓷组成物;(b)在该陶瓷组成物上形成所需的表面磨光;及(c)从该ESD耗散性陶瓷组成物形成一元件,不是全体的就是部份的。65.如申请专利范围第64项之方法,其中该表面磨光是以翻滚形成。66.如申请专利范围第64项之方法,其中该元件整体是由ESD耗散性陶瓷组成物形成。67.如申请专利范围第64项之方法,其中仅有一部份该元件是由ESD耗散性陶瓷组成物形成。68.一种ESD耗散性元件,其系由申请专利范围第64项之方法形成,其中该元件是由包括由用做磁头制造的MR(磁阻)头基板,输送工具;用做HGA(磁头平衡环组装),HSA(磁头堆叠组装),HDD(硬碟驱动)组装的工具,夹具,及容器;用做晶圆处理,制程与清洁的工具,夹具,及容器;用做连线接合,修整,切割,在IC晶元处理之吸着与释放吸嘴,用在附着与焊接分配喷嘴,晶元处理夹具,终端效益机,真空卡盘,IC处理及测试夹具的工具,夹具,及容器;用做ESD敏感性装置,IC及磁头、镊子、螺丝起子、剪刀、刀片、机器手指零件的组装夹具;用做电光涂覆制程的工具,夹具,及容器;用做网线(光罩)的工具,夹具,及容器所构成群组中所选出者。69.一种电性敏感元件,其至少部份是由氧化锆基构造陶瓷形成,具有强度至少400 MPa,该陶瓷进一步包括至少10 vol% ZrO2,其中该陶瓷的导电性由一非氧化锆相之添加剂所提供。70.如申请专利范围第69项之感测元件,适合或使用在室温。71.如申请专利范围第69或70项之感测元件,适合用来量测温度,力,或温度与力两者。72.如申请专利范围第69或70项之感测元件,其中该非氧化锆相之添加剂包括ZnO。73.如申请专利范围第69或70项之感测元件,其中该陶瓷的导电率可被调整致使感测区域仅是整体的一部份。74.如申请专利范围第69或70项之感测元件,其中来自两个或更多个感测区域的反应是单独被侦测的。75.一种非磁性ESD耗散性陶瓷组成物,其系利用烧结一混合物包括一种基础材料及一种或更多种电阻率调整剂之混合物所形成者;其中该基础材料包括一种四方晶系(tetragonal)氧化锆多晶(TZP);其中该电阻率调整剂包括含量约为基础材料的5vol.%至60 vol.%;及其中该ESD耗散性陶瓷组成物具有下列物理性质:(a)体电阻率范围从106-109Ohm-cm;(b)弯曲强度至少400 MPa;及(c)残留磁通量密度不大于10高斯。76.如申请专利范围第75项之非磁性ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂具有的莫耳磁导磁率小于10-3ml/mol。77.如申请专利范围第76项之非磁性ESD耗散性陶瓷组成物,其中该电阻率调整剂是由包括由ZnO,SnO2,ZrO2,Y2O3,Al2O3,ZrC及其混合物所构成群组中所选出者。图式简单说明:图1说明用做样品材料暂态电流量测实施例之设备。图2说明使用量测在样品材料上两位置-一受应力及一不受应力之电阻的实施例之设备。图3说明使用量测样品材料导电率干扰的影响的实施例之设备。
地址 美国