一种高强度高模量镁铝硅基板材料及其制备方法

1.本发明属于电子陶瓷材料领域，具体提供一种高强度高模量镁铝硅基板材料及其制备方法，适用于超大规模集成电路封装基板。


背景技术：

2.随着集成电路封装向高密度化发展，对低温共烧陶瓷(ltcc)基板材料的机械性能提出了更高的要求；mgo
‑
al2o3‑
sio2基板材料以其优良的介电性能被广泛关注，但是仍然存在较低的烧结温度(≤950℃)下难以达到高的抗弯强度等技术难题。
3.例如，在公开号为cn108558215a的专利文献中，提供了一种高强度低热膨胀系数微晶玻璃及其制备方法，其具体组分如下：mgo为5～15wt％、al2o3为25～35wt％、sio2为40～50wt％、b2o3为1～5wt％、zno为1～10wt％、zro2为1～10wt％；主晶相为堇青石及其固溶体,通过zno的引入使材料的抗弯强度得到提升，抗弯强度最高可达279mpa。但是，随着超大规模集成电路的飞速发展，对镁铝硅基板材料的抗弯强度提出了更高的要求。
4.基于此，本发明提供了一种高强度高模量镁铝硅基板材料及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高强度高模量镁铝硅基板材料及其制备方法，以进一步提升镁铝硅基板材料的抗弯强度和杨氏模量，进而提高集成电路封装的可靠性，作为超大规模集成电路封装基板。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种高强度高模量镁铝硅基板材料，其特征在于，所述基板材料按照质量百分比，由以下组分构成：
8.mgo为11～16wt％，
9.al2o3为18～28wt％，
10.sio2为47～53wt％，
11.zro2为2～10wt％，
12.b2o3为2～6wt％，
13.bao为1～5wt％。
14.上述高强度高模量镁铝硅基板材料的制备方法，包括以下步骤：
15.步骤1.根据组分配方进行计算、称量各个原料，经过球磨2～5小时混料后烘干，得到干燥料
16.步骤2.将干燥料置于坩埚中，在高温炉中于1500～1600℃下熔融1～2小时，倒入去离子水中水淬得到玻璃渣；
17.步骤3.以锆球、去离子水为介质，在氧化铝罐中将玻璃渣球磨1～2小时，烘干后得到玻璃粉；
18.步骤4.以锆球、去离子水为介质，在尼龙罐中将玻璃粉球磨6～8小时，然后烘干、
过筛后得到粒度均匀的粉体；
19.步骤5.以丙烯酸为粘合剂，对粉体进行造粒，并在10～20mpa下干压成型，得到生坯；
20.步骤6.将生坯于900～950℃下烧结1～2小时，得到高强度高模量镁铝硅基板材料。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.本发明提供一种镁铝硅基板材料，通过bao掺杂，有效抑制了indialite相mg2al4si5o
18
的形成，促进了石英固溶体相(mgal2si3o
10
)
0.6
的生成，其中，石英固溶体相(mgal2si3o
10
)
0.6
含量为70
‑
75％，并最终形成了(mgal2si3o
10
)
0.6
和indialite的相嵌结构，进而使得材料内应力增加，获得良好的机械性能：抗弯强度达到310mpa、杨氏模量达到110gpa，且热膨胀系数较低：4.3～4.7
×
10
‑6/℃，显著提高了集成电路封装的可靠性；
23.同时，本发明提供的镁铝硅基板材料还具有介电常数低：5.5
‑
6.2(@1mhz)、介质损耗低：2.0～2.5
×
10
‑3(@1mhz)等优异的介电性能，作为基板材料，能够提高信号传输速度，降低了功耗；
24.另外，本发明提供的镁铝硅基板材料的制备工艺简单、制备成本低，有利于工业化生产，对于超大规模集成电路封装基板具有潜在的应用价值。
附图说明
25.图1为实施例3的高强度高模量镁铝硅基板材料的xrd图。
26.图2为实施例3的高强度高模量镁铝硅基板材料的sem图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
28.本发明提供5个实施例，每个实施例中高强度高模量镁铝硅基板材料的组分配方及制备工艺参数如表1所示：
29.表1
[0030][0031]
进一步的讲，每个实施例中，所述高强度高模量镁铝硅基板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤1.根据组分配方中mgo、al2o3、sio2、zro2、b2o3、bao的质量百分比，准确计算并称量各氧化物所对应原料的实际用量；然后，经过球磨2～5小时混料，烘干后得到干燥料；
[0033]
步骤2.将干燥料置于坩埚中，在高温炉中，于1500～1600℃下熔融1～2小时，倒入去离子水中水淬得到玻璃渣；
[0034]
步骤3.以锆球、去离子水为介质，在氧化铝罐中将玻璃渣球磨1～2小时，烘干后得到玻璃粉；
[0035]
步骤4.以锆球、去离子水为介质，在尼龙罐中将玻璃粉球磨6～8小时，烘干、过筛后得到粒度均匀的粉体；
[0036]
步骤5.以丙烯酸为粘合剂，对粉体进行造粒，在10～20mpa下干压成型，得到生坯；
[0037]
步骤6.将生坯于900～950℃下烧结1～2小时，得到高强度高模量镁铝硅基板材料。
[0038]
对上述5个实施例中的高强度高模量镁铝硅基板材料进行测试，以实施例3为例，其高强度高模量镁铝硅基板材料的xrd图与sem图分别如图1与图2所示，由xrd图可见，主晶相为石英固溶体相(mgal2si3o
10
)
0.6
、次晶相为mg2al4si5o
18
；由sem图可见，bao掺杂使晶粒较多且清晰可见、并完全嵌入玻璃相中，微观结构均匀致密。更进一步的，所述高强度高模量镁铝硅基板材料进行介电性能、热性能及机械性能的测试结果如表2所示：
[0039]
表2
[0040][0041]
由上表可见，本发明提供的高强度高模量镁铝硅基板材料具有优异的机械性能：抗弯强度为270～310mpa、杨氏模量为98～110gpa，良好的介电性能：介电常数为5.5
‑
6.2(@1mhz)、介质损耗为2.0～2.5
×
10
‑3(@1mhz)，以及良好的热性能：热膨胀系数为4.3～4.7
×
10
‑6/℃；对于超大规模集成电路封装基板具有潜在的应用价值。
[0042]
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。