氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子制造技术领域，具体地涉及一种氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着通信、航空航天、汽车和电子消费品等行业的发展和自动化水平的提高，对所 用电子电路和器件的尺寸、功能以及稳定性要求越来越高。为了满足电子电路和器件的小 型化、数字化、高可靠性、低功耗，以及关键电子元器件国产化替代等要求，氧化铝多层高温 共烧陶瓷技术，因其结构强度高、化学稳定性好、电热性能优良、布线密度高、成本低等优 点，近些年来得到了迅猛发展。
[0003] 含氧化铝92. 0~96. 0 %的陶瓷基板的烧结温度在1400~1680°C，常规导电浆 料，如：Au、Ag、Pd、Pt等贵金属的烧结温度一般在1000°C以下，不适合用于高温共烧，而钨 的熔点高达34KTC、热膨胀系数小，且导热导电性能良好，能够与氧化铝基片实现高温共 烧。包含金属钨粉、无机粘结材料和有机载体材料的导体浆料用于具有窄节距、细线条线路 印刷和小通孔填充的高密度封装时，需要具备良好的流动性、触变性，印刷图形边缘清晰、 分辨率高、方块电阻稳定并且阻值小，与陶瓷基板的匹配性好、平整度高、附着力强，填孔浆 料在烧结后不突出或下陷，不会因膨胀系数差异过大而导致出现微裂纹。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种流动性好、触变性好、 分辨率高的氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料及其制备方法，以便有效地将其应用于氧化铝陶 瓷带上的通孔填充和功能图形印制，以及制造多层高温共烧陶瓷器件和其它多层互联陶瓷 电子电路。
[0005] 技术方案：为实现上述技术方案，本发明提供一种氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料， 以总浆料的重量百分数计，所述浆料包括65. 0~95. Owt %导电金属钨粉、I. 0~15. Owt % 无机粘结相和4. 0~20.0 wt%有机介质。其中，所述的无机粘结相包括金属氧化物、非金属 氧化物、硅酸盐和金属氧化物前驱体；所述的有机介质是将聚合物和添加剂分散在有机溶 剂中得到，所述的聚合物为甲基纤维素、乙基纤维素、甲基纤维素与乙基纤维素的混合物、 聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛树脂、苯乙烯丙烯酸酯共聚物等中的任意一种或 几种的混合物；所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、 松油醇、松节油中的任意一种或几种的混合物；所述的添加剂为texanol、DBP、大豆卵磷酯 和氢化蓖麻油中的任意一种或几种的混合物。
[0006] 所述金属粉其特征在于能实现导电功能的钨粉。通常它在厚膜导体浆料总重量中 占65~95wt %，钨含量越高，则电阻越低，但当含量超过85 %时，导体的电阻率并不比钨含 量低的电阻率低，这说明钨粉的均匀性、表面形貌、尺寸及分布对浆料的印刷性、烧结致密 性和电学性能影响很大。颗粒尺寸小则烧结时收缩大，有可能会引起产品弯曲，还有可能引 起金属化与基体间结合不牢固，甚至金属化脱落；颗粒尺寸太大则印刷图形的边缘可能不 整齐，得不到好的印刷效果，此外它还会降低膜层的致密度，从而导致电阻率上升。通常用 于制备衆料的妈粉的粒度应小于10 μ m，并优选小于5 μ m的颗粒。粒度分布太宽，厚膜在烧 成过程中内部颗粒间烧结不均匀导致膜层结合强度、电阻不均匀。球状颗粒表面光滑有利 于提高印刷性能，在一定粒度范围内存在一定量圆片状、鳞片状颗粒可以提高厚膜导体的 结合强度和电学性能。
[0007] 在一种优选的实施方案中，所述金属钨粉的粒径在0. 2~10. 0 μ m范围内，颗粒形 貌为球状、圆片状、鳞片状颗粒中的一种或者多种，各组份及配比如下：
[0008] 1# 粒径钨粉 0· 0 ~50.0 wt %
[0009] 2# 粒径钨粉 100. 0 ~0· Owt %
[0010] 3# 粒径钨粉 0· 0 ~50.0 wt %，
[0011] 其中，所述1#粒径钨粉的粒径分布为0. 2~0. 6微米，2#粒径钨粉的粒径分布为 0. 8~1. 2微米，3#粒径钨粉的粒径分布为2. 5~5. 0微米。
[0012] 所述无机粘结相粉体的特征在于烧结过程中可与氧化铝基体材料或者自身内部 颗粒与颗粒之间发生化学反应，在基体与厚膜导体，以及厚膜导体内部颗粒与颗粒接触的 界面处生成化合物，如硅灰石、长石、铝硅酸盐、镁铝硅酸盐等，从而把导电厚膜中的金属钨 颗粒粘附到基板上。所述的氧化物也可以是在烧结过程中由氧化物前驱体在高温阶段分解 转化而来。由于硅灰石、长石、铝硅酸盐等化合物的生成使得金属化厚膜层和氧化铝基板之 间具有很好的结合强度。此处的无机粘结剂可以通过常规的制粉方法生产。
[0013] 在一种优选的实施方案中，所述无机粘结相包含如下重量百分比的组分：
[0014]
[0015] 更优选地，所述的无机粘粘结相包括如下重量百分比的组分：
[0016]
[0017] 所述有机介质其特征在于能够赋予浆料适于丝网印刷和不锈钢掩模通孔填充，其 性质包括：具有一定的流动性和触变性、对基板材料良好的润湿性、排胶前使厚膜导体材 料具有较好的强度、干燥速度快，排胶和烧结后残留物少等。有机介质的制备方法是将聚 合物和添加剂分散在有机溶剂中得到，其中聚合物可以为甲基纤维素、乙基纤维素、甲基纤 维素与乙基纤维素的混合物、聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛树脂、苯乙烯丙烯酸 酯共聚物等中的任意一种或几种的混合物；有机溶剂可以为甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、松油醇、松节油等中的任意一种或几种的混合物；添加剂可以是 texanol、DBP、大豆卵磷酯和氢化蓖麻油等中的任意一种或几种的混合物。
[0018] 在一种优选的实施方案中，所述的有机介质包含如下重量百分比的组分为：
[0019] 聚合物 3.0 ~30.0 wt %
[0020] 有机溶剂 96. 5 ~5. Owt %
[0021] 添加剂 0· 5 ~65. Owt %。
[0022] 更优选地，所述的有机介质包括如下重量百分比的组分：
[0023]
[0024]
[0025] 本发明进一步提出了上述氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料的制备方法，包括如下工 艺步骤：
[0026] (1)无机粘结相粉体的制备：称取配方量的无机粘结相各组份，将上述组份加入 带磨球的球磨罐内，在球磨罐内加入研磨助剂，设定球磨机的旋转速率，球磨〇. 5~8. 0小 时，出料干燥并过300~500目筛；
[0027] (2)制备金属化粉料：首先按照金属钨粉的配方称取各种规格的金属钨粉粉料， 然后将钨粉和无机粘结相粉体按照重量比为85~99 : 1~15加入带磨球的球磨罐内，同 时在球磨罐内加入适量研磨助剂，设定球磨机的旋转速率，球磨0. 5~8. 0小时，出料干燥 并过300~500目筛；
[0028] (3)有机介质的制备：称取配方量的有机介质的各组份，将有机介质中的液态组 份加入可加热和搅拌的容器内，设定加热温度25~150°C，搅拌速率100~1000r/min，边 搅拌边加入有机介质中的固态组分，待固态组分完全溶解，出料密封保存；
[0029] (4)氧化铝多层陶瓷金属化钨浆料的制备：按下述配方量分别取步骤（2)和步骤 (3)制备的金属化粉料和有机介质，金属化粉料和有机介质的混合在高速搅拌机内进行，然 后将混合后的物料加入三轴研磨机，通过研磨机滚轴之间的高速剪切和挤压作用使金属钨 粉料和无机粘结相粉体在有机介质中分散形成组分均匀的浆料，其中，金属化粉料和有机 介质的用量比为：
[0030] 金属化粉料70.0~95. Owt %
[0031] 有机介质 5. 0 ~30.0 wt %。
[0032] 在一种优选的实施方案中，步骤（1)所述磨球的加载量