3d封装ltcc基片材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子材料与器件技术领域，具体设及一种多层高密度封装LTCC基板 材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 低溫共烧陶瓷(XTCC，LowTemperatureC〇-firedCeramics的缩写）是一种新型 材料，用于实现高集成度、高性能电子封装。新型高密度封装LTCC多层电路基片作为微波 新型电子材料与元器件的典型代表，由于其设计的灵活性和性能的优异性而脱颖而出，其 是采用LTCC技术，把印有导电带图形和含有互连通孔的多层生料带相叠，在900°C溫度W 下烧结而形成的一种互连结构。3D封装LTCC多层电路基片可W最大限度增大布线密度和 缩小互连长度，是实现微型化、高密度微波电路的一种理想的互连基板。多层基片中每层都 可W单独完成电路设计，采用微波传输线、逻辑控制线和电源线的混合信号设计并将它们 组合在同一个S维立体微波互连结构中，实现相应的电讯功能。LTCC技术为多层线路和电 子元器件的设计带来了巨大的灵活性，但许多相关技术亟待开发。目前研究最多的主要有 材料性能、收缩率控制、共烧匹配性的调制问题，但对于改性填充相陶瓷界面的研究相对较 少。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种3D封装LTCC基片材料及其制备方法。通过玻璃包覆 陶瓷相，改性陶瓷界面提高界面润湿力，获得一种低玻璃相含量的LTCC材料，可用于制备 大面积的厚膜基板，应用于集成电路、MCM组件、蓝牙模块及光电子技术等领域。
[0004] 3D封装LTCC基片材料，是由无机玻璃陶瓷料和有机流延体系组成。其中无机玻璃 陶瓷料由包覆a -Al2〇3值5。= 2~4um)和低软化点玻璃组成；低软化点玻璃是巧棚侣娃玻 璃或铅棚娃玻璃；有机流延体系由溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂组成。
[0005] 所述的低软化点玻璃是巧棚侣娃玻璃或铅棚娃玻璃。
[0006]其中巧棚侣娃玻璃由化0、Si化、Alz化、Bz化、而0、化2〇、化〇、MgO八种成分组成，各 成分的含量为：CaO10~20wt% ;Si〇240~60wt% ;Al2〇35~15wt%化〇35~lOwt% ; K2O0. 5~3wt% ;胞2〇I~3wt% ;Li2〇0.1 ~2wt%;MgO3~5wt%。
[0007]铅棚娃玻璃由化0、Si化、B2化、PbO、胞2〇、K2O、MgO屯种成分组成，各成分的含量 为：CaO 5~20wt% ;Si〇230~60wt%化化10~30wt%;PbO10~25wt% ;胞2〇0. 5~ 3wt% ;K20 0. 5~3wt%;MgO0. 5~Iwt%。
[000引有机流延体系由9-10. 5wt%粘结剂、78~82wt%溶剂、4-4. 5wt%分散剂、 5-7wt%增塑剂组成。所述的粘结剂是聚乙締醇缩下醒，所述的溶剂是乙醇与甲乙酬的混合 物，其中乙醇占有机流延体系的48~55wt%;甲乙酬占有机流延体系的25~30wt%;所述 的分散剂是緋鱼油；所述的增塑剂是邻苯二甲酸下节醋。
[0009]低介3D封装LTCC基片材料的制备过程如下：
[0010] 步骤一、低软化点玻璃的制备
[0011] ①巧侣棚娃玻璃主要由化0、Si化、Alz化、Bz化、而0、化2〇、Li2〇、MgO八种成分组成。 各成分的含量为：〔曰0 10~20讯1%;51〇2 40~60讯1%;412〇3 5~15讯1%化〇3 5~10讯1%; KzO0. 5 ~3wt% ;胞2〇 1 ~3wt% ;Li2〇 0. 1 ~2wt%;MgO3 ~5wt%。
[0012] ②巧铅棚娃玻璃主要由化0、51〇2、82〇3、口60、胞2〇、1(2〇、1邑0屯种成分组成。各成分 的含量为：CaO5 ~20wt% ;Si〇230 ~60wt% 化〇310 ~30wt%;PbO10 ~25wt% ;胞2〇 0. 5 ~3wt% ;K20 0. 5 ~3wt%;MgO0. 5 ~Iwt%。
[0013] 称取低软化点玻璃各组份，混合8~I化得到混合粉料；将混合粉料置于销金相蜗 内，在1350~1500°C下保溫0. 5~化使其完全烙融后，倒入去离子水中泽冷得到透明粗玻 璃；经漉磨机粗碎后，球磨0.化~比后，过100目筛得到中位粒径为0. 5~4ym粉料；
[0014]步骤二、包覆a-AI2O3
[0015] (1)称取5~IOwt%低软化点玻璃粉与90~95wt%a-AI2O3粉末混合均匀后置 入电炉，W2~5°C/min升溫至500~800°C，保溫10~20min，随炉冷却后，经球磨过筛得 到中位粒径为2~4ym包覆a-Al2〇3的粉末；
[0016] 步骤=、流延成型得到高密度封装基片
[0017] (1)在聚四氣乙締罐中，称取包覆a-Al2〇3粉末和低软化点玻璃粉料的混合粉，加 入有机流延体系，按玻璃陶瓷粉质量百分比为1 :5加入氧化错球，W15化/min球磨化，经 真空除泡后流延成型，自然干燥后，得到LTCC生料带；
[0018] (2)将LTCC生料带，进行裁剪、叠合、热压，置于娃碳棒炉内，W2°C/min升溫至 450°C，保溫1~地后，W5~10°C/min升溫至850-880。保溫10~60min，随炉冷却后 取出，得到高密度封装基片。
[0019] 得到的高密度封装LTCC基片低损耗玻璃陶瓷材料具有W下特点：
[0020] (1)所制生料带电路基片面积>IOOX100mm2,单层标准厚度0. 05~0. 5 + 0. 05mm 可控，基片层数> 10层，翅曲度《100ym/lOOmm;
[002。 似在900°CW下烧结，能与Au浆、Ag浆较好的共烧匹配；
[002引 做烧结瓷体介电性能er为7.O~9.0,tan5 <0.2% (0.1~1細Z)，击穿电压 〉1000V/Mil，绝缘电阻率lX10l2Q，x、Y轴收缩率9.0~15%、Z轴收缩率10~15%;
[0023] (4)击穿电压〉1000V/Mil，绝缘电阻率 1X1〇i2q;
[0024] 妨烧结瓷体的介电性能：在IOMHz下，介电常数为7. 5~8.5,介电损耗<0. 2%。
【附图说明】
[002引图1为实施例1所得试样烧成后的SEM图；
[0026] 图2为实施例4所得试样烧成后的SEM图。
【具体实施方式】
[0027]W下将结合实施例具体说明本发明的技术方案。
[0028] 实施例1-6所设及的工艺参数见表1、2、3所示，制备方法如下：
[002引步骤一、低软化点玻璃的制备
[0030] 按照表1所示的称取低软化点玻璃各组份，混合1化得到混合粉料；将混合后粉料 置于销金相蜗内，在1500°C下保溫Ih使其完全烙融后，倒入去离子水中泽冷得到透明粗玻 璃；经漉磨机粗碎，采用转速为5(K)r/min的快速磨，球磨Ih后，烘干，过100目筛得到平均 粒径为0. 5~4ym粉料；为试验用低软化点玻璃粉料。
[0031]表1本发明实施例中各低软化玻璃各组分含量（单位Wt% )
[0034] 按照实施例1的含量，采用表2的工艺参数进行实验
[0035]表2
[0036]
[0037]步骤二、包覆a-AI2O3
[003引将a-Al203粉末与低软化点玻璃粉混合均匀。将混合粉体置入电炉，W2~5°C/ min升溫至500~800°C，保溫10~20min，随炉冷却后，得到预烧后的包覆a-AI2O3陶瓷； 经球磨烘干后，过筛得到平均粒径为1~4ym包覆a-Al203粉末。
[0039] 步骤S、流延成型得到LTCC生料带
[0040] (1)参照表3,在聚四氣乙締罐中，称取包覆a-Al2〇3粉末和低软化点玻璃粉料的 混合粉，加入有机流延体系，按玻璃陶瓷粉质量百分比为1 :5加入氧化错球，W15化/min球 磨化，经真空除泡后流延成型，自然干燥后，得到本发明所需的LTCC生料带；
[0041] (2)将LTCC生料带，进行裁剪、叠合、等静压下（IOOMPa)压制成型，置于娃碳棒炉 内，W2°C/min升溫至450。保溫1~地W保证试样中的有机物充分排除，W5~10°C/ min升溫至850-880°C，保溫10~60min，随炉冷却后取出，得到高密度封装基片。
[0042] 对试样断面SEM图谱如图1、2所示，可W看出烧结后的样品断面致密。对烧结体 的性能测试如表4所示。
[0043]表3生料带各组分的含量（Wt% )
[0045]表4玻璃陶瓷材料烧结性能
【主权项】
1. 3D封装LTCC基片材料，其特征在于，是由无机玻璃陶瓷料和有机流延体系组成； 其中无机玻璃陶瓷料由包覆α-A1203和低软化点玻璃组成； 低软化点玻璃是钙硼铝硅玻璃或铅硼硅玻璃； 有机流延体系由溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂组成。2. 根据权利要求1所述的3D封装LTCC基片材料，其特征在于，钙硼铝硅玻璃由CaO、 Si02、A1 203、B203、K20、Na 20、Li20、MgO组成，各成分的含量为：CaO 10 ~20wt% ;Si0240 ~ 60wt% ;A12035 ~15wt% ;B2035 ~10wt% ;K20 0· 5 ~3wt% ;Na20 1 ~3wt% ;Li20 0· 1 ~ 2wt%;MgO3 ~5wt%。3. 根据权利要求1所述的3D封装LTCC基片材料，其特征在于，铅硼硅玻璃由CaO、 Si02、B203、PbO、Na20、K20、MgO组成，各成分的含量为：CaO5 ~20wt% ;Si0230 ~60wt% ; B20310 ~30wt%;PbO10 ~25wt% ;Na200. 5 ~3wt% ;K20 0· 5 ~3wt%;MgO0· 5~lwt%。4. 根据权利要求1所述的3D封装LTCC基片材料，其特征在于，有机流延体系由 9-10. 5wt%粘结剂、78~82wt%溶剂、4-4. 5wt%分散剂、5-7wt%增塑剂组成。5. 根据权利要求4所述的3D封装LTCC基片材料，其特征在于，所述的粘结剂是聚乙烯 醇缩丁醛，所述的溶剂是乙醇与甲乙酮的混合物，其中乙醇占有机流延体系的48~55wt%; 甲乙酮占有机流延体系的25~30wt%;所述的分散剂是鲱鱼油；所述的增塑剂是邻苯二甲 酸丁苄酯。6. 权利要求1所述的低介3D封装LTCC基片材料的制备过程如下： 步骤一、低软化点玻璃的制备 称取低软化点玻璃各组份，混合8~12h得到混合粉料；将混合粉料置于铂金坩埚内， 在1350~1500°C下保温0. 5~2h使其完全熔融后，倒入去离子水中淬冷得到透明粗玻璃； 经辊磨机粗碎后，球磨0. 5h~lh后，过100目筛得到中位粒径为0. 5~4μm粉料； 步骤二、包覆α-Α1203 (1)称取5~10wt%低软化点玻璃粉与90~95wt%α-Α1203粉末混合均匀后置入电 炉，以2~5°C/min升温至500~800°C，保温10~20min，随炉冷却后，经球磨过筛得到中 位粒径为2~4μm包覆α-A1203的粉末； 步骤三、流延成型得到高密度封装基片 (1) 在聚四氟乙烯罐中，称取包覆α-Α1203粉末和低软化点玻璃粉料的混合粉，加入有 机流延体系，按玻璃陶瓷粉质量百分比为1 :5加入氧化锆球，以150r/min球磨8h，经真空 除泡后流延成型，自然干燥后，得到LTCC生料带； (2) 将LTCC生料带，进行裁剪、叠合、热压，置于硅碳棒炉内，以2°C/min升温至450°C， 保温1~4h后，以5~10°C/min升温至850-880°C，保温10~60min，随炉冷却后取出，得 到高密度封装基片。
【专利摘要】本发明涉及3D封装LTCC基片材料及其制备方法，该基片材料是由无机玻璃陶瓷料和有机流延体系组成；无机玻璃陶瓷料由包覆α-Al2O3和低软化点玻璃组成；低软化点玻璃是钙硼铝硅玻璃或铅硼硅玻璃；有机流延体系由溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂组成。制备方法是：首先制备低软化点玻璃；然后将低软化点玻璃粉包覆α-Al2O3提高界面润湿力；最后将包覆α-Al2O3粉末和低软化点玻璃粉料的混合粉，加入有机流延体系流延成型得到高密度封装基片。该材料可用于低温共烧陶瓷系统、微波天线、滤波器件等领域。
【IPC分类】C03C10/00
【公开号】CN105271758
【申请号】CN201510604734
【发明人】邵辉, 杨天鹏, 陈洪, 庄再晨, 杨广厦, 张学勇
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月21日