一種低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于介質(zhì)玻璃陶瓷復(fù)合基板材料領(lǐng)域，尤其涉及低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷 復(fù)合基板材料及其制備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對電子封裝提出了更高的要求，多層基板技術(shù)應(yīng)運 而生。低溫共燒玻璃陶瓷（LTCC)多層基板的應(yīng)用，提高了信號的傳輸速度和布線密度，可 以滿足VLSI高密度封裝的要求，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料，在便攜式移動電話、電 視衛(wèi)星接收器、軍事雷達(dá)方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程 中正發(fā)揮著越來越大的作用。低溫共燒玻璃陶瓷材料體系的開發(fā)已成為當(dāng)今電子封裝領(lǐng)域 研宄的熱點。
[0003] 電子器件和電子裝置中元器件的復(fù)雜化、密集化和功能化，對封裝基板及布線工 程提出越來越高的要求，主要表現(xiàn)在下述幾點：（1)信號傳輸?shù)母咚倩惹幸蠼档徒殡?常數(shù)，介電損耗和減小引線距離；(2)為減小體積，許多電子元件，如電阻、電容、甚至電感， 要內(nèi)藏于基板之中；（3)為減小封裝體積，減少了封裝環(huán)節(jié)，裸芯片實裝最為典型。封裝的 許多功能，如電氣連接，物理保護(hù)，應(yīng)力緩和，散熱防潮，尺寸過渡，規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化等，正逐 漸部分或全部地由基板來承擔(dān)；(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能。傳統(tǒng)陶瓷Al2O3具有中 低介電常數(shù)（9~10)，高機械強度（MOOMPa)，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，是一種良好的基板材料。 然而，純Al2O3陶瓷燒結(jié)溫度卻較高（1400~1500°C )，不能直接與Ag、Cu等低熔點金屬共 燒。為了降低燒結(jié)溫度，傳統(tǒng)的方法一種為摻入低熔點氧化物，如B2O3及V 205，然而游離的 B2O3及V2O5在后期流延過程中易導(dǎo)致漿料粘度過大而不穩(wěn)定，限制了其實際應(yīng)用；另一種方 法是Al2O3-晶化玻璃，即在晶化玻璃中參入少量陶瓷作為成核劑，產(chǎn)品的最終性能決定于 樣品的晶化程度。但這種方法所需要的晶化玻璃量很大，造成成本較高，極大限制了玻璃陶 瓷復(fù)合基板材料的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種可低溫?zé)Y(jié)（800~ 850°C )，具有低介電常數(shù)（6~9)，低損耗且頻率溫度系數(shù)穩(wěn)定的低介玻璃陶瓷復(fù)合基板材 料及其制備方法?？蓱?yīng)用于便攜式移動電話、電視衛(wèi)星接收器、軍事雷達(dá)等民用及國防工業(yè) 中，工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料及 其制備方法，其中，低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料，由以下組分組成：75wt%~ 95wt%的CBS玻璃，以及5wt%~25wt%的Al2O3;所述CBS玻璃的摩爾配比為CaO :B 203:SiO2= X :y :z，其中，0· 33〈χ〈0· 5,0· 12〈y〈0. 3, 0· 3〈ζ〈0· 5 ;所述 Al 203為 α 型 Al 203。
[0006] 如上所述低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a、按照所述CBS玻璃的組分配比，將CaC03、SiO2以及H 3B03的粉末混合；
[0008] b、將步驟a中配好的混合粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合，然后烘干；
[0009] c、將烘干后的粉末在1500°C大氣氣氛中高溫熔融，冷卻后形成CBS玻璃碎塊；
[0010] d、將上述CBS玻璃碎塊以去離子水為溶劑，濕式球磨，然后在100°C下烘干獲得 CBS玻璃粉；
[0011] e、將上述CBS玻璃粉與占其重量百分比為5~25%的Al2O3混合，以去離子水為 溶劑，濕式球磨混合，烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的3~6%的丙烯酸溶液作為粘結(jié)劑進(jìn) 行造粒；
[0012] f、將步驟e造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為10~20Mpa ;
[0013] g、將步驟f干壓成型的材料在800~850°C大氣氣氛中燒結(jié)，制成高強度玻璃陶瓷 復(fù)合基板材料。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟b和d中的濕式球磨時間均為5~10小時，步驟e中的濕式 球磨時間為8~24小時。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟c中烘干后在1500°C大氣氣氛中高溫熔融的時間為0. 5~1 小時，所述步驟g中在800~850°C大氣氣氛中燒結(jié)時間為0. 5~1小時。
[0016] 更進(jìn)一步的，所述步驟c中的的冷卻方式為水淬。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0018] 1、本發(fā)明的配方不含重金屬成分，可在高頻領(lǐng)域產(chǎn)品中應(yīng)用，綠色環(huán)保無污染，滿 足歐共體最新出臺的RHOS和WEEE的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0019] 2、由傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝1200°C以上降到900°C以下，燒結(jié)溫度的進(jìn)一步降低，有節(jié) 能優(yōu)勢。
[0020] 3、介電常數(shù)從6~9可調(diào)，損耗低α&ηδ〈5Χ10-3)，諧振頻率溫度系數(shù)穩(wěn)定，機 械強度高（> 200MPa)。
[0021] 4、本發(fā)明低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料在通信領(lǐng)域的應(yīng)用，可提高信號 的傳輸速度和布線密度，可以滿足VLSI高密度封裝的要求，是現(xiàn)代通信技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材 料，在便攜式移動電話、電視衛(wèi)星接收器、軍事雷達(dá)方面有著十分重要的應(yīng)用，在現(xiàn)代通訊 工具的小型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用，具有重要工業(yè)應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例1在825度燒結(jié)的XRD (X射線衍射圖）；
[0023] 圖2為實施例3在825度燒結(jié)的XRD (X射線衍射圖）；
[0024] 圖3為實施例5在825度燒結(jié)的XRD (X射線衍射圖）；
[0025] 圖4為實施例1在825度燒結(jié)的SEM(掃描電鏡圖）；
[0026] 圖5為實施例3在825度燒結(jié)的SEM(掃描電鏡圖）；
[0027] 圖6為實施例5在825度燒結(jié)的SEM(掃描電鏡圖）。
【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作出進(jìn)一步的說明。
[0029] 一種低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料，其特征在于，由以下組分組成： 75wt%~95wt%的CBS玻璃，以及5wt%~25wt%的Al2O3;所述CBS玻璃的摩爾配比為 CaO :B203:Si02= X :y :z，其中，0· 33〈χ〈0· 5,0· 12〈y〈0. 3, 0· 3〈ζ〈0· 5 ;所述 Al 203為 α 型 Al2O3O
[0030] 如上所述低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料的制備方法，包括以下步驟：
[0031] a、按照所述CBS玻璃的組分配比，將CaC03、SiO2以及H 3Β03的粉末混合；
[0032] b、將步驟a中配好的混合粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合，然后烘干；
[0033] c、將烘干后的粉末在1500°C大氣氣氛中高溫熔融，冷卻后形成CBS玻璃碎塊；
[0034] d、將上述CBS玻璃碎塊以去離子水為溶劑，濕式球磨，然后在100°C下烘干獲得 CBS玻璃粉；
[0035] e、將上述CBS玻璃粉與占其重量百分比為5~25%的Al2O3混合，以去離子水為 溶劑，濕式球磨混合，烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的3~6%的丙烯酸溶液作為粘結(jié)劑進(jìn) 行造粒；
[0036] f、將步驟e造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為10~20Mpa ;
[0037] g、將步驟f干壓成型的材料在800~850°C大氣氣氛中燒結(jié)，制成高強度玻璃陶瓷 復(fù)合基板材料。
[0038] 作為優(yōu)選的，所述步驟b和d中的濕式球磨時間均為5~10小時，步驟e中的濕 式球磨時間為8~24小時。
[0039] 作為優(yōu)選的，所述步驟b中在烘干后在1500°C大氣氣氛中高溫熔融的時間為 0. 5~1小時，所述步驟g中在850~900°C大氣氣氛中燒結(jié)時間為0. 5~1小時。
[0040] 作為優(yōu)選的，所述步驟c中的的冷卻方式為水淬。
[0041] 表1中列出了本發(fā)明實施例1-8中低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料各組分 的實際配比以及燒結(jié)溫度。
[0042] 表2中給出了本發(fā)明1-8實施例制得的低溫?zé)Y(jié)高強度玻璃陶瓷復(fù)合基板材料的 微波介電性能，本發(fā)明實施例采用圓柱介質(zhì)諧振器法進(jìn)行微波介電性能的評價，檢測方法 為 GB/T7265. 2-1987 開式腔法。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 表 2
[0046]
[0047] 實施例1
[0048] a、將CaC03、Si02以及H3BO 3的粉末混合，其質(zhì)量分別為36g、24. 04g以及14. 832g ;
[0049] b、將步驟a配好的粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合6小時，然后烘干；
[0050] c、將烘干后的粉末在1500°C大氣氣氛中高溫熔融1小時，冷卻后形成CBS玻璃碎 塊；
[0051] d、將CBS玻璃碎塊以去離子水為溶劑，濕式球磨6小時，然后在100°C下烘干獲得 CBS玻璃粉；
[0052] e、將上述CBS玻璃粉與3. 94g Al2O3混合，以去離子水溶劑，濕式球磨混合8小時， 烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的3~6%的丙烯酸溶液作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒；
[0053] f、將上述造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為20Mpa ;
[0054] g、將步驟f干壓成型的材料在825°C大氣氣氛中燒結(jié)1小時，制成高強度玻璃陶瓷 復(fù)合基板材料。
[0055] 實施例2
[0056] a、將CaC03、Si02以及H3BO 3的粉末混合，其質(zhì)量分別為36g、24. 04g以及14. 832g ;
[0057] b、將步驟a配好的粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合6小時，然后烘干；
[0058] c、將烘干后的粉末在1500°C大氣氣氛中高溫熔融1小時，冷卻后形成CBS玻璃碎 塊；
[0059] d、將CBS玻璃碎塊以去離子水為溶劑，濕式球磨6小時，然后在100°C下烘干獲得 CBS玻璃粉；
[0060] e、將上述CBS玻璃粉與3. 94g Al2O3混合，以去離子水溶劑，濕式球磨混合8小時， 烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的3~6%的丙烯酸溶液作為粘結(jié)劑進(jìn)行造粒；