[發明專利]一種低溫燒結微波介質陶瓷基板材料及其制備

有效

• 申請號: 201110216641.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102390991A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 汪宏;吳新光;周迪;代偉;陳月花;曾一
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/01;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

技術領域

本發明屬于電子陶瓷及其制備領域，特別涉及一種在低溫下燒結的微波介質陶瓷基板材料及其制備。

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。傳統無機基板主要以Al₂O₃、SiC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，但是這些材料的燒結溫度基本上都在1500℃以上，若采用共燒的方法，導體材料只能選擇難熔金屬如W、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技術可以提供高密度、高頻段、高數字化的封裝技術以及良好的熱處理工藝。低溫共燒陶瓷(LTCC)的共燒溫度一般在800℃～950℃之間。由于燒結溫度低，可用電阻率低的金屬作為多層布線的導體材料，可以提高組裝密度、信號傳輸速度、并且可內埋于多層基板一次燒成的各種層式微波電子器件，因此廣泛用作高速高密度互連多元陶瓷組件(MCM)之中。

MCM是在高密度多層互連基板上，采用微焊接、封裝工藝將構成電子電路的各種微型元器件(IC裸芯片及片式元器件)組裝起來，形成高密度、高性能、高可靠性的微電子產品(包括組件、部件、子系統、系統)。它是適應現代電子系統短、小、輕、薄和高速、高性能、高可靠性、低成本的發展方向而在多層印制板(PCB)和表面安裝技術(SMT)的基礎上發展起來的新一代微電子封裝與組裝技術，是實現系統集成的有力手段。

陶瓷基板材料的選擇在MCM中至關重要，它影響MCM的性能、相關材料的選擇以及最終成本。一般對陶瓷基板材料的要求是：較低的介電常數、高品質因數、低諧振頻率溫度系數、較高的熱導率和熱穩定性、良好的機械加工性能及化學穩定性等。采用LTCC技術便于制作大尺寸和大容量的基板，它可植入電阻、電容、電感等無源器件，在高頻波段具有明顯的低損耗性能，特別適于射頻、微波、毫米波器件，在無線通信、軍事及民用領域都有廣泛的應用。

通常降低微波介質材料的燒結溫度的方法有：添加低熔點氧化物或玻璃相作為燒結助劑、利用化學合成方法、采用超細粉體作為原材料等。但是添加燒結助劑時一般易造成微波介電性能的下降，而化學方法合成和采用超細粉體作原料導致工藝過程復雜，制造成本和周期會上升。因此尋找一種在較低溫度下即可燒結且具有優異的微波性能、能與Cu、Ag電極共燒、化學組成和制備工藝簡單的介質體系就非常重要。而ZnO-B₂O₃體系正是這樣一個體系，本發明就是在這一材料體系中開發出的低溫燒結高性能微波介質陶瓷基板材料。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術不足，提供一種低溫燒結微波介質陶瓷基板材料及其制備方法，該陶瓷材料在不添加燒結助劑或者添加少量助劑時就可以在低溫下燒結并滿足LTCC基板材料技術要求。

本發明的第一個目的是提供一種低溫燒結微波介質陶瓷基板材料，它燒結后的相對介電常數為5.5～8.5，低的低頻介電損耗(tanδ＜5×10^-4，1MHz)，良好的微波性能(Qf＝13,000GHz～60,000GHz)，諧振頻率溫度系數可調(TCF＝-20ppm/℃～-60ppm/℃)，另外它的主要特點是可以在較低的燒結溫度下(850℃～960℃)進行燒結，并能與Ag或Cu電極共燒，同時化學組成及制備工藝簡單。

本發明的第二個目的是提供上述低溫燒結微波介質陶瓷基板材料的制備方法，工藝簡單。

本發明采用了最簡單有效的固相反應燒結的方法來實現上述發明目的。首先是選取合適比例的配方，通過一次球磨使得原料混合均勻，通過預燒結過程使得原料進行初步的反應，再通過二次球磨細化反應物的顆粒尺寸，最后通過燒結過程得到所需要的陶瓷樣品。通過這樣一種簡單易行的有效的制備方法，得到的陶瓷樣品的介電常數在5.5～8.5之間變化，Qf分布在13,000GHz～60,000GHz，諧振頻率溫度系數在-20ppm/℃～-60ppm/℃之間，燒結溫度低于960℃，可以與Ag或Cu電極共燒，使之適用于LTCC技術的需要，擴大其應用范圍。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明陶瓷材料結構表達式為：xZnO-(1-x)B₂O₃，其中x＝0.5～0.75，該微波介質陶瓷材料是基于ZnO-B₂O₃二元體系中的低燒化合物以及部分化合物與同組分的Zn-B玻璃相共燒形成的陶瓷材料。