[發(fā)明專利]電子基板用微晶玻璃材料及制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110051412.4
• 申請(qǐng)日: 2011-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN102173587A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周曉華;李波;袁穎;張樹人
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C03C10/04
• 分類號(hào): C03C10/04
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 劉勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子材料技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備的小型化、薄型化、集成化和高頻化發(fā)展，對(duì)集成電路布線的微細(xì)化、高密度化、低電阻化以及基板材料的低介電常數(shù)、低熱膨脹率、高熱導(dǎo)率等方面提出了越來越嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)陶瓷基板通常采用Al₂O₃、莫來石、AlN等材料，但由于其燒結(jié)溫度在1500～1900℃，若采用同時(shí)燒成法，導(dǎo)體材料只能選擇難溶金屬M(fèi)o和W等，這樣勢(shì)必造成一系列難以解決的問題：(1)共燒需要在還原性氣氛中進(jìn)行，增加了工藝難度，燒結(jié)溫度過高，需采用特殊燒結(jié)爐；(2)由于Mo和W本身的電阻率較高，布線電阻大，信號(hào)傳輸容易造成失真，損耗增大，布線微細(xì)化受到限制；(3)介質(zhì)材料的介電常數(shù)都偏大，因此會(huì)增大信號(hào)傳輸延遲時(shí)間，特別是不適用于超高頻電路。為了解決上述問題，1982年由休斯公司開發(fā)了玻璃與陶瓷混合共燒的低溫共燒陶瓷基板(Low?Temperature?Co-fired?Ceramic，LTCC)。由于其燒成溫度在900℃上下，導(dǎo)體布線材料可采用電阻率低的Au、Ag、Cu、Ag-Pd等，能實(shí)現(xiàn)微細(xì)化布線。并且，為適應(yīng)高速電路的需要，必須降低信號(hào)延遲時(shí)間，而信號(hào)傳輸延遲時(shí)間同介質(zhì)材料介電常數(shù)的平方根成正比。為此，對(duì)于基板材料來說，必須降低介質(zhì)材料的介電常數(shù)。因此，開發(fā)低溫共燒的低介電常數(shù)陶瓷基板材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，LTCC材料在日本、美國等發(fā)達(dá)國家已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。許多LTCC材料生產(chǎn)廠家可提供配套系列產(chǎn)品。但在國內(nèi)仍屬于起步階段，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料體系和器件幾乎是空白。國內(nèi)急需開發(fā)出系列化的、有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LTCC瓷料和基板產(chǎn)品。低溫?zé)Y(jié)低介電常數(shù)陶瓷材料可分為三大類：微晶玻璃系(也稱玻璃陶瓷)、玻璃加陶瓷填充料的復(fù)合系、非晶玻璃系。近年來，人們?cè)谖⒕РＡ线M(jìn)行了大量的研究，開發(fā)了許多低燒結(jié)溫度低介電常數(shù)陶瓷體系。微晶玻璃體系是微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料，一般由硼和硅構(gòu)成玻璃網(wǎng)狀組織，這些玻璃的構(gòu)成物加上單價(jià)或雙價(jià)堿性的難以還原的氧化物類元素可以重建玻璃的網(wǎng)狀組織。許多LTCC都是基于硼硅酸鹽玻璃基礎(chǔ)上制備的，如CaO-B₂O₃-SiO₂系微晶玻璃。

美國專利(US?Patent?5258335)，由Ferro公司發(fā)明了一種低介電常數(shù)低溫共燒CaO-B₂O₃-SiO₂體系玻璃陶瓷基板材料，各組成配比為：CaO?35～65wt％，B₂O₃0～50wt％，SiO₂10～65wt％。采用傳統(tǒng)玻璃工藝制備該玻璃陶瓷材料，即將原料粉體混合球磨，干燥，在氧化鋁坩堝內(nèi)于1400～1500℃完全熔融和均勻化。800～950℃燒結(jié)。該玻璃陶瓷可析出的晶體種類為CaO·SiO₂和CaO·B₂O₃。所得玻璃陶瓷介電常數(shù)ε≤7.9(1KHz)，介電損耗tgδ＜0.003(1KHz)。該專利未說明采用何種原料制備玻璃體。

中國發(fā)明專利(申請(qǐng)?zhí)?2124131.7)，由清華大學(xué)發(fā)明了一種高頻片式電感用玻璃陶瓷，由CaO、B₂O₃、SiO₂、ZnO、P₂O₅五種成分組成，各成分的配比為：CaO?25～60wt％，B₂O₃10～50wt％，SiO₂10～60wt％，ZnO?1～10wt％，P₂O₅1～5wt％。該玻璃陶瓷材料的制備方法采用傳統(tǒng)玻璃工藝，即將CaO、B₂O₃、SiO₂、ZnO、P₂O₅粉體混合球磨，干燥，在氧化鋁坩堝內(nèi)于1300～1400℃完全熔融和均勻化。將熔融物經(jīng)過水淬得到碎玻璃，經(jīng)濕法球磨得到平均粒徑為0.5～2.0μm的玻璃粉，再經(jīng)燒結(jié)制備的玻璃陶瓷介電常數(shù)ε＝4.9～5.5(1MHz)，介電損耗tgδ＝0.001～0.0025(1MHz)，且燒結(jié)溫度較低(750～850℃)，可以與銀電極共燒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低介電常數(shù)和低介電損耗的電子基板用微晶玻璃材料。