[發明專利]一種高強度LTCC基板材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011176810.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112321163B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 劉志甫;錢蘇湘;劉峰;馬名生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C03C12/00
• 分類號: C03C12/00;C03C10/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種高強度LTCC基板材料及其制備方法，所述高強度LTCC基板材料是由低熱膨脹系數LTCC基板材料以及分布在其兩側的高熱膨脹系數LTCC基板材料共燒結得到；所述高熱膨脹系數LTCC基板材料和低熱膨脹系數LTCC基板材料的材料體系為：CaO?SiO₂?B₂O₃?Al₂O₃?ZnO玻璃基料+Al₂O₃陶瓷填料。

技術領域

本發明涉及一種高強度LTCC基板材料及其制備方法，屬于電子元器件的陶瓷材料領域。

背景技術

目前電子元器件正朝著小型化、集成化和高可靠性方向發展，這一趨勢在生產、應用方面都對基板的機械強度提出了更高的要求。集成化精密器件需要更多的加工和可靠性測試，更高的機械強度能減少在生產過程、落體測試中造成的破損；實現器件的小型化、輕薄化，必須先提升基板強度；在汽車、航空、航天領域，惡劣的服役條件需要封裝基板具有更高的機械強度和耐沖擊性能，以保證器件的可靠性。但對于由玻璃和陶瓷組成的LTCC材料體系，由于玻璃易在低載荷下出現疲勞破損，使得LTCC基板材料的強度遠低于氧化鋁等傳統陶瓷材料。因此，研究高強度的LTCC材料至關重要。

提高陶瓷材料強度從原理上講主要從三個方面：提高材料楊氏模量、提高材料斷裂能、減少裂紋擴展，具體從實驗上講主要采用的手段有增加材料致密性，減少氣孔率；添加晶須或纖維等準一維填料；通過材料內部析晶相來阻止裂紋擴展，提高材料強度。近年來有研究發現，在玻璃/氧化鋁LTCC體系中析出鈣長石相，有利于強度的提升。鈣長石(CaAl₂Si₂O₈)是一種架狀硅酸鹽礦物，三斜晶系，常為板狀或板柱狀晶體。而且，含鈣長石相的LTCC材料體系在高強度LTCC基板材料領域有很好的研究前景。

最近幾年，一些新的強度增強方法也被應用到高強度LTCC基板材料的研究中，Doo等人[Int.J.Appl.Ceram.Tec.2014,11(2),240-245]使用25wt％Al₂O₃+15wt％SiC晶須的填料與Ca-Al-B-Si-O玻璃混合，獲得了強度高達420MPa的材料；Lee等人[J.Am.Ceram.Soc.2018,101(7),3156-3167]在CBS/40wt％Al₂O₃體系中加入了0.25wt％氧化石墨烯和0.75wt％多層壁碳納米管，將強度提升至420MPa。但這些加入相為非氧化物，存在添加相被氧化的問題，同時這些加入相為半導體或導體，會帶來大的介電損耗或漏導，不利于其做為封裝基板材料使用。

發明內容

針對上述問題，本發明提出把析晶增強和預應力增強兩種原理相結合的思路，通過可析晶的、具有不同熱膨脹系數的LTCC基板材料疊層共燒結，來獲得高強度的LTCC多層基板材料，特別是采用相同組成體系材料，通過調整組元比例來獲得不同的熱膨脹系數的LTCC基板材料。

一方面，本發明提供了一種高強度LTCC基板材料，由低熱膨脹系數LTCC基板材料以及分布在兩側的由高熱膨脹系數LTCC基板材料共燒結得到；所述高熱膨脹系數LTCC基板材料和低熱膨脹系數LTCC基板材料的材料體系為：CaO-SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-ZnO玻璃基料+Al₂O₃陶瓷填料。