一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料及其制备方法与流程

本发明属于电子陶瓷基板材料技术领域，尤其涉及高密度封装基板材料，具体提供一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料及其制备方法。

背景技术：

陶瓷材料具有机械强度高、热学性能好、电学性能优异且化学性能稳定等优势，在电子封装领域应用非常广泛。钙硼硅系陶瓷基板材料一直是研究热点，如公开号为cn109467426a的专利文献中，制备了一种低温共烧陶瓷基板材料，其原料为li2co3、mgo、zno、p2o5、caco3、sio2、h3bo3、al2o3、zro2、na2co3、k2co3、li2co3，介电常数5～8，介电损耗≤0.002；又如公开号为uspatent5258335的专利文献中，公开了一种低介电常数低温共烧cao-b2o3-sio2体系玻璃陶瓷基板材料，其各组分为35～65％cao、0～50％b2o3和10～65％sio2，介电常数5～5.2(1khz)，热膨胀系数7×10^-6/℃。我们知道，基板材料低的介电损耗有利于减小信号传输过程中的热损耗，前者的介电损耗偏大，而后者的热膨胀系数太低、难与pcb板匹配；另外，基板材料对于芯片起着一个物理保护的作用，所以力学性能是基板材料的一个重要指标，而以上专利对此并未有所涉及。

为满足大规模集成电路中陶瓷球栅阵列(cbga)封装的要求，因此本发明制备出一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料，该材料力学性能优良，热膨胀系数高，并且具有好的介电性能(低的介电常数和介电损耗)。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对背景技术中所述材料的弊端，提供一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料及其制备方法，用于满足cbga封装对于基板材料的要求。本发明材料具有高抗弯强度(高达130～190mpa)，高杨氏模量(60～85gpa)，高热膨胀系数(10～11ppm/℃)，低介电常数(5～5.5@1mhz，5.4～5.8@1～10ghz)，低介电损耗(<8.5×10^-4@1mhz，<4×10^-3@1～10ghz)；此外，该基板材料中不含有害物质，绿色无污染；制备工艺简单，易于工业化大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料，其特征在于，以质量百分比计，所述陶瓷基板材料的组分包括：b2o3：3～12wt％，sio2：50～70wt％，cao：10～40wt％，al2o3：1～4wt％，cuo与zro2混合物：3～10wt％；其中，cuo与zro2混合物为两者任意比例的混合物。

进一步的，所述陶瓷基板材料的主晶相为硅灰石和石英。

进一步的，所述陶瓷基板材料的抗弯强度为130～190mpa，杨氏模量为60～85gpa，热膨胀系数为10～11ppm/℃，介电常数为5～5.5@1mhz、5.4～5.8@1～10ghz，介电损耗为<8.5×10^-4@1mhz、<4×10^-3@1～10ghz。

上述钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：依据配方计算b2o3、sio2、cao、al2o3、cuo、zro2对应原材料的质量，准确称量并混合；

步骤2：将步骤1所得混合料经球磨、烘干、过筛后，得到均匀分散的粉体；

步骤3：将步骤2所得粉体装入坩埚，在电炉中于600～800℃温度下预烧1～3小时；

步骤4：将步骤3预烧料再次球磨、烘干、过筛后，得到均匀分散的粉料；

步骤5：将步骤4所得的粉料，进行造粒，压制成型，得到胚体；

步骤6：将步骤5压制成型所得胚体置于电炉，排胶后于850～950℃下烧结1～3小时，得所述钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料。

综上，本发明的有益效果在于：

1、本发明制备的一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料，具有良好的性能，满足芯片二级基板的要求；具有高的抗弯强度(130～190mpa)和杨氏模量(60～85gpa)，对于芯片具备良好的物理保护作用；热膨胀系数高且稳定控制在10～11ppm/℃，能与pcb板相匹配，克服了热失配的问题；低的介电常数(5～5.5@1mhz)，有利于信号的高速传输；低的介电损耗(<8.5×10^-4@1mhz)，减小了信号传输中的热损耗；在微波频率下也适用，介电常数5.4～5.8(1～10ghz)，介电损耗<4×10^-3(1～10ghz)。

2、本发明中，烧结温度低(<＝950℃)，降低了生产过程中的能耗；工艺简单，操作简便，有利于工业化生产。

附图说明

图1为实施例3所制备的钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料的xrd图。

图2为实施例3所制备的钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料的sem图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行进一步的描述。

本发明中，钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料具体制备过程如下：

步骤1：依据配方计算b2o3、sio2、cao、al2o3、cuo、zro2对应原材料的质量，准确称量并混合；

步骤2：将步骤1所得混合料经球磨、烘干、过筛后，得到均匀分散的粉体；

步骤3：将步骤2所得粉体装入坩埚，在电炉中于600～800℃温度下预烧1～3小时；

步骤4：将步骤3预烧料再次球磨、烘干、过筛后，得到均匀分散的粉体；

步骤5：将步骤4所得的粉料，进行造粒，压制成型，得到胚体；

步骤6：将步骤5压制成型所得胚体置于电炉，排胶后于850～950℃下烧结1～3小时，得钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料。

本发明中，实施例1～4钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料各组分实际配比和制备工艺参数如表1所示，对其制备得陶瓷基板材料进行测试，各项性能如表2所示。

表1

表2

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

技术特征：

技术总结
本发明属于电子陶瓷基板材料技术领域，提供一种钙硼硅系高热膨胀陶瓷基板材料及其制备方法，满足大规模集成电路陶瓷球栅阵列(CBGA)封装基板的要求。本发明陶瓷材料的组分包括：B2O3：3～12wt％，Al2O3：2～5wt％，SiO2：50～70wt％，CaO：10～40wt％，CuO与ZrO2混合物：3～10wt％。本发明陶瓷材料具有高的抗弯强度(高达到190MPa)和杨氏模量(60～85GPa)，对于芯片有一个良好的物理保护作用；高热膨胀系数(10～11ppm/℃)，能与PCB板相匹配，克服了热失配的问题；低的介电常数(5～5.5@1MHz)，有利于信号的高速传输；低的介电损耗(‑4@1MHz)，减小了信号传输中的热损耗；在微波频率下也适用，介电常数5.4～5.8(1～10GHz)，介电损耗‑3(1～10GHz)。

技术研发人员：李波;王志勇;张树人
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2019.08.01
技术公布日：2019.10.22