一种低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料及其制备方法

一种低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于介质玻璃陶瓷复合基板材料领域，尤其涉及低温烧结高强度玻璃陶瓷 复合基板材料及其制备的方法。
【背景技术】
[0002] 现代半导体产业的飞速发展，对电子封装提出了更高的要求，多层基板技术应运 而生。低温共烧玻璃陶瓷（LTCC)多层基板的应用，提高了信号的传输速度和布线密度，可 以满足VLSI高密度封装的要求，是现代通信技术的关键基础材料，在便携式移动电话、电 视卫星接收器、军事雷达方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程 中正发挥着越来越大的作用。低温共烧玻璃陶瓷材料体系的开发已成为当今电子封装领域 研宄的热点。
[0003] 电子器件和电子装置中元器件的复杂化、密集化和功能化，对封装基板及布线工 程提出越来越高的要求，主要表现在下述几点：（1)信号传输的高速化迫切要求降低介电 常数，介电损耗和减小引线距离；(2)为减小体积，许多电子元件，如电阻、电容、甚至电感， 要内藏于基板之中；（3)为减小封装体积，减少了封装环节，裸芯片实装最为典型。封装的 许多功能，如电气连接，物理保护，应力缓和，散热防潮，尺寸过渡，规格化、标准化等，正逐 渐部分或全部地由基板来承担；(4)良好的化学稳定性和机械性能。传统陶瓷Al2O3具有中 低介电常数（9~10)，高机械强度（MOOMPa)，优异的化学稳定性，是一种良好的基板材料。 然而，纯Al2O3陶瓷烧结温度却较高（1400~1500°C )，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共 烧。为了降低烧结温度，传统的方法一种为掺入低熔点氧化物，如B2O3及V 205，然而游离的 B2O3及V2O5在后期流延过程中易导致浆料粘度过大而不稳定，限制了其实际应用；另一种方 法是Al2O3-晶化玻璃，即在晶化玻璃中参入少量陶瓷作为成核剂，产品的最终性能决定于 样品的晶化程度。但这种方法所需要的晶化玻璃量很大，造成成本较高，极大限制了玻璃陶 瓷复合基板材料的发展。

【发明内容】

[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可低温烧结（800~ 850°C )，具有低介电常数（6~9)，低损耗且频率温度系数稳定的低介玻璃陶瓷复合基板材 料及其制备方法。可应用于便携式移动电话、电视卫星接收器、军事雷达等民用及国防工业 中，工艺简单，易于工业化生产且材料性能稳定。
[0005] 本发明的技术解决方案是，提供一种低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料及 其制备方法，其中，低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料，由以下组分组成：75wt%~ 95wt%的CBS玻璃，以及5wt%~25wt%的Al2O3;所述CBS玻璃的摩尔配比为CaO :B 203:SiO2= X :y :z，其中，0· 33〈χ〈0· 5,0· 12〈y〈0. 3, 0· 3〈ζ〈0· 5 ;所述 Al 203为 α 型 Al 203。
[0006] 如上所述低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007] a、按照所述CBS玻璃的组分配比，将CaC03、SiO2以及H 3B03的粉末混合；
[0008] b、将步骤a中配好的混合粉末以去离子水为溶剂，湿式球磨混合，然后烘干；
[0009] c、将烘干后的粉末在1500°C大气气氛中高温熔融，冷却后形成CBS玻璃碎块；
[0010] d、将上述CBS玻璃碎块以去离子水为溶剂，湿式球磨，然后在100°C下烘干获得 CBS玻璃粉；
[0011] e、将上述CBS玻璃粉与占其重量百分比为5~25%的Al2O3混合，以去离子水为 溶剂，湿式球磨混合，烘干后添加剂量占原料总质量的3~6%的丙烯酸溶液作为粘结剂进 行造粒；
[0012] f、将步骤e造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为10~20Mpa ;
[0013] g、将步骤f干压成型的材料在800~850°C大气气氛中烧结，制成高强度玻璃陶瓷 复合基板材料。
[0014] 进一步的，所述步骤b和d中的湿式球磨时间均为5~10小时，步骤e中的湿式 球磨时间为8~24小时。
[0015] 进一步的，所述步骤c中烘干后在1500°C大气气氛中高温熔融的时间为0. 5~1 小时，所述步骤g中在800~850°C大气气氛中烧结时间为0. 5~1小时。
[0016] 更进一步的，所述步骤c中的的冷却方式为水淬。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0018] 1、本发明的配方不含重金属成分，可在高频领域产品中应用，绿色环保无污染，满 足欧共体最新出台的RHOS和WEEE的严格标准要求。
[0019] 2、由传统的烧结工艺1200°C以上降到900°C以下，烧结温度的进一步降低，有节 能优势。
[0020] 3、介电常数从6~9可调，损耗低α&ηδ〈5Χ10-3)，谐振频率温度系数稳定，机 械强度高（> 200MPa)。
[0021] 4、本发明低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料在通信领域的应用，可提高信号 的传输速度和布线密度，可以满足VLSI高密度封装的要求，是现代通信技术的关键基础材 料，在便携式移动电话、电视卫星接收器、军事雷达方面有着十分重要的应用，在现代通讯 工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用，具有重要工业应用价值。
【附图说明】
[0022] 图1为实施例1在825度烧结的XRD (X射线衍射图）；
[0023] 图2为实施例3在825度烧结的XRD (X射线衍射图）；
[0024] 图3为实施例5在825度烧结的XRD (X射线衍射图）；
[0025] 图4为实施例1在825度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0026] 图5为实施例3在825度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0027] 图6为实施例5在825度烧结的SEM(扫描电镜图）。
【具体实施方式】
[0028] 下面将结合附图和实施例，对本发明作出进一步的说明。
[0029] 一种低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料，其特征在于，由以下组分组成： 75wt%~95wt%的CBS玻璃，以及5wt%~25wt%的Al2O3;所述CBS玻璃的摩尔配比为 CaO :B203:Si02= X :y :z，其中，0· 33〈χ〈0· 5,0· 12〈y〈0. 3, 0· 3〈ζ〈0· 5 ;所述 Al 203为 α 型 Al2O3O
[0030] 如上所述低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031] a、按照所述CBS玻璃的组分配比，将CaC03、SiO2以及H 3Β03的粉末混合；
[0032] b、将步骤a中配好的混合粉末以去离子水为溶剂，湿式球磨混合，然后烘干；
[0033] c、将烘干后的粉末在1500°C大气气氛中高温熔融，冷却后形成CBS玻璃碎块；
[0034] d、将上述CBS玻璃碎块以去离子水为溶剂，湿式球磨，然后在100°C下烘干获得 CBS玻璃粉；
[0035] e、将上述CBS玻璃粉与占其重量百分比为5~25%的Al2O3混合，以去离子水为 溶剂，湿式球磨混合，烘干后添加剂量占原料总质量的3~6%的丙烯酸溶液作为粘结剂进 行造粒；
[0036] f、将步骤e造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为10~20Mpa ;
[0037] g、将步骤f干压成型的材料在800~850°C大气气氛中烧结，制成高强度玻璃陶瓷 复合基板材料。
[0038] 作为优选的，所述步骤b和d中的湿式球磨时间均为5~10小时，步骤e中的湿 式球磨时间为8~24小时。
[0039] 作为优选的，所述步骤b中在烘干后在1500°C大气气氛中高温熔融的时间为 0. 5~1小时，所述步骤g中在850~900°C大气气氛中烧结时间为0. 5~1小时。
[0040] 作为优选的，所述步骤c中的的冷却方式为水淬。
[0041] 表1中列出了本发明实施例1-8中低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料各组分 的实际配比以及烧结温度。
[0042] 表2中给出了本发明1-8实施例制得的低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料的 微波介电性能，本发明实施例采用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价，检测方法 为 GB/T7265. 2-1987 开式腔法。
[0043] 表 1
[0044]
[0045] 表 2
[0046]
[0047] 实施例1
[0048] a、将CaC03、Si02以及H3BO 3的粉末混合，其质量分别为36g、24. 04g以及14. 832g ;
[0049] b、将步骤a配好的粉末以去离子水为溶剂，湿式球磨混合6小时，然后烘干；
[0050] c、将烘干后的粉末在1500°C大气气氛中高温熔融1小时，冷却后形成CBS玻璃碎 块；
[0051] d、将CBS玻璃碎块以去离子水为溶剂，湿式球磨6小时，然后在100°C下烘干获得 CBS玻璃粉；
[0052] e、将上述CBS玻璃粉与3. 94g Al2O3混合，以去离子水溶剂，湿式球磨混合8小时， 烘干后添加剂量占原料总质量的3~6%的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；
[0053] f、将上述造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为20Mpa ;
[0054] g、将步骤f干压成型的材料在825°C大气气氛中烧结1小时，制成高强度玻璃陶瓷 复合基板材料。
[0055] 实施例2
[0056] a、将CaC03、Si02以及H3BO 3的粉末混合，其质量分别为36g、24. 04g以及14. 832g ;
[0057] b、将步骤a配好的粉末以去离子水为溶剂，湿式球磨混合6小时，然后烘干；
[0058] c、将烘干后的粉末在1500°C大气气氛中高温熔融1小时，冷却后形成CBS玻璃碎 块；
[0059] d、将CBS玻璃碎块以去离子水为溶剂，湿式球磨6小时，然后在100°C下烘干获得 CBS玻璃粉；
[0060] e、将上述CBS玻璃粉与3. 94g Al2O3混合，以去离子水溶剂，湿式球磨混合8小时， 烘干后添加剂量占原料总质量的3~6%的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；