[發明專利]一種堇青石基微晶玻璃材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810507515.9
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108947257A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李波;荊柯
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C03C10/08
• 分類號: C03C10/08;C03C12/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于電子陶瓷材料領域，提供一種堇青石基微晶玻璃材料及其制備方法，用以克服現有陶瓷材料因熱膨脹系數大、抗彎強度太小、介電常數高、介質損耗高等導致與硅芯片匹配度差的問題，本發明屬于鎂鋁硅體系，主晶相為堇青石，致密度高，抗彎強度高達230MPa，楊氏模量高80～100GPa，熱穩定性好，熱膨脹系數低1.5～2.5×10^?6/℃(20～600℃)，與硅芯片形成良好的匹配；同時，其介電常數可調4.5～5.0，介質損耗低tanδ<0.6×10^?3，提高信號傳輸速度，大大降低了功耗；另外，其制備工藝中，將傳統的燒結工藝1100℃以上降低到900℃以下，在提高性能的前提下，燒結溫度進一步降低，節約生產成本；并且整個制備工藝流程簡單，原料來源豐富減小能耗，對工業化生產具有重要意義。

技術領域

本發明屬于電子陶瓷材料領域，涉及一種堇青石基低熱膨脹微晶玻璃材料及其制備方法；該材料適用于電子封裝，尤其是超大規模集成電路的封裝。

背景技術

信息技術的迅猛發展，推動著集成電路系統不斷朝著高密度化、超大規模化和多功能化方向發展，半導體芯片性能的飛速提高也使得電子封裝技術向更先進的高密度、三維封裝形勢發展，這對電子封裝基板材料提出了更高要求，尤其是需要具有足夠高的抗彎強度和優良的介電性能，且在熱膨脹系數方面需要基板與芯片相匹配。電子陶瓷材料由于其在機械、電、熱特性等方面性能穩定，已廣泛應用于各種封裝形式中。

低溫共燒陶瓷(LTCC)是一種迅速發展的電子陶瓷材料，是將具有低溫共燒能力的陶瓷作為基板，在其上組裝各種部件及低電阻率導線，在1000℃以下制得微電子產品的技術，在超大規模集成電路的封裝領域應用廣泛。但是，目前商用LTCC材料普遍抗彎強度較低，熱膨脹系數偏高，例如Ferro公司的A6系列7.0×10^-6/℃，DuPont公司的951系列5.8×10^-6/℃，不能與硅芯片實現良好的熱匹配，介電性能也亟待改進，嚴重影響封裝芯片的可靠性。因此，必須開發一種具有高強度(≥160MPa)、低熱膨脹系數(1.0～3.0×10^-6/℃)，且低介電、低損耗的低溫共燒陶瓷材料，確保實現與硅芯片的熱匹配，降低信號延遲及能量損耗，滿足電子封裝尤其是超大規模集成電路封裝基板的需要。MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃作為一種優良的 LTCC材料已被廣泛關注，該材料主要是由MgO、Al₂O₃、SiO₂等氧化物組成，主晶相為堇青石相，其機械強度高，介電性能優良，具有良好的熱穩定性和抗熱沖擊性，但目前研制出的鎂鋁硅系微晶玻熱膨脹系數不能與硅芯片實現良好的熱匹配，介質損耗高，且需要在很高的燒結溫度下才能達到足夠高的抗彎強度。

例如，在《材料導報》2011,10,25(10)“MgO-Al₂O_3-SiO₂系堇青石微晶玻璃的制備及性能研究”中，基礎玻璃組分按質量百分比：MgO為24wt％、Al₂O₃為22wt％、SiO₂為54wt％，以2wt％ZrO₂+3wt％TiO₂為晶核劑，2wt％B₂O₃為助溶劑，混合料于1580℃保溫4h，水淬干燥并研磨得到玻璃粉，造粒成型并分別在850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃晶化溫度下分別保溫4h，得出在1100℃晶化溫度下的微晶玻璃具有最好性能，其抗彎強度為182MPa，而該發明其他性能未作詳細說明，不足之處是燒結溫度過高。