[發明專利]一種低溫共燒堇青石系玻璃－陶瓷基板粉料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710121467.1
• 申請日: 2007-09-06
• 公開（公告）號: CN101148323A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 紀箴;張昭瑞;王燕斌;肖治綱
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C03C10/14
• 分類號: C03C10/14;C03C3/091
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電子陶瓷基板及其制造領域，特別涉及一種低溫共燒玻璃-陶瓷基板材料及其制備方法。

背景技術

電子基板是半導體芯片封裝的載體，搭載電子元器件的支撐，構成電子電路的基盤。傳統無機基板以Al₂O₃、SiC、BeO和AlN等為基材，其在熱導率、抗彎強度、熱膨脹系數等方面具有優良特性，但是由于其燒結溫度在1500～1900℃，若采用同時共燒法，導體材料只能選擇難熔金屬W或Mo等，使得成本大大提高，而低溫共燒陶瓷(LTCC)材料的出現為此開辟了新的出路。

LTCC系統的共燒溫度一般在800～900℃之間。從而可以用Cu、Ag等熔點較低的金屬代替W、Mo等難熔金屬做布線導體，既可以降低成本，提高電導率，又可以在大氣中燒成。采用LTCC便于制作大尺寸、大容量基板。它成本低，可植入電阻、電容、電感等無源元件，特別是玻璃陶瓷與硅的熱膨脹系數相匹配，介電常數低，在高頻帶具有明顯的低損耗性能，特別適合于射頻、微波、毫米波器件，在無線電通信、軍事及民用等領域有廣泛應用。

以堇青石為主晶相的MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃，其耐熱性高、電絕緣性好(ρ＞10¹²Ω·cm)、高頻損耗小，在高頻(＞1GHz)下的介電常數很低(ε＝5.0～5.5)，以及優良的熱性能(熱膨脹系數α＝(1～2)×10^-6℃^-1)，并且與硅的性能相接近，因此用作基板和電子封裝材料的前景十分可觀。

但是目前堇青石系LTCC材料的制備及性能還不能令人滿意，存在一些問題。文獻Mg-Al-Si系微晶玻璃的研究(山東科技大學學報，2006年9月25(3)，78-80)中，韓野等人用固相燒結法制得了Mg-Al-Si系微晶玻璃，雖然抗彎強度足夠大，但是燒結溫度高、燒結時間長，而且顯微結構不夠致密；文獻高頻片式電感用堇青石陶瓷材料的低溫燒結和性能(稀有金屬材料與工程，2005年2月34(2)，33-36)中，王少洪等人用溶膠-凝膠法制備堇青石系LTCC材料，雖然在一定程度上降低了燒結溫度，但燒結溫度依舊在900～1000℃之間，對使用銀電極不利；文獻MgO-Al₂O₃-SiO₂-TiO₂-CeO₂系統微晶玻璃的析晶過程與微波介電性能(無機材料學報，2003年5月18(3)，547-552)中，王乃剛等人對堇青石系微晶玻璃的析晶過程與微波介電性能進行研究，雖然介電損耗較小，但介電常數卻很高，在8～11之間。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種可應用于制備LTCC基板的超細高性能MgO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃-陶瓷基板粉料。它是在堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)配方的基礎上，從晶體化學的角度出發，通過在該體系中添加助燒劑B₂O₃、Bi₂O₃和改性劑TiO₂、CuO、CaO、K₂O中的三種或全部來改善其性能，滿足LTCC基板材料技術要求。

本發明的另一個目的是提供上述MgO-Al₂O₃-SiO₂系低溫共燒基板粉料的溶膠-凝膠制備方法。采用溶膠-凝膠法合成工藝制備先驅物，然后將其焙燒出粉料，再壓成圓形坯體，在相對較低的溫度(850～900℃)下燒結2～3h，即可獲得相對介電常數較低(4.6～5.4，1MHz)，介電損耗低(tanδ＜0.17％，1MHz)，絕緣電阻大(ρ_v≥4.88×10¹³Ω·cm)，密度較大(ρ≥2.82)的優質基板材料，且制備工藝簡單。