一种低温烧结低介玻璃陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于介质玻璃陶瓷复合基板材料领域，尤其涉及一种低温烧结具有较低介 电常数以及低损耗的玻璃陶瓷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 研究的热点。
[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Al 2O3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Al 2O3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B2O 3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Al 2O3-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（850~ 900°C )，具有低介电常数（3. 5~4)，低损耗且频率温度系数稳定的低介玻璃陶瓷材料及其 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，提供一种低温烧结低介玻璃陶瓷材料及其制备方 法，其中，低温烧结低介玻璃陶瓷材料，由以下组分构成：30wt %~60wt %的KBS玻璃， 30wt%~55wt%的Al2O3，以及5wt%~40wt%的石英砂；所述KBS玻璃的摩尔配比为K 2O : B203:Si02= X :y :z，其中，0· 002〈χ〈0· 004,0· 2〈y〈0. 3,0· 5〈ζ〈0· 6 ;所述Al2O3为 α 型Al2O30
[0006] 如上所述低温烧结低介玻璃陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007] a、按照所述KBS玻璃的组分配比要求，将K2C03、SiO2以及H 3Β03的粉末混合；
[0008] b、将上述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、将上述烘干后的粉末在1500 °C大气气氛中高温熔融，形成KBS玻璃熔块；
[0010] d、将上述KBS玻璃熔块以去离子水为溶剂，湿式球磨，然后在100°C下烘干，获得 KBS玻璃粉；
[0011] e、将KBS玻璃粉与占其重量百分比分别为50~183%的Al2O3以及8. 3~133% 的石英砂混合，以去离子水溶剂，湿式球磨混合，烘干后添加剂量占原料总质量的2~5% 的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；
[0012] f、将上述造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为10~20Mpa ;
[0013] g、将上述干压成型的材料在850_900°C大气气氛中烧结，制成低介玻璃陶瓷材料。
[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850~900°C大气气氛中烧结时间为0. 5~1小时。
[0016] 再进一步的，所述步骤d还包括先将步骤c中所得的KBS玻璃熔块粉碎，然后再以 离子水为溶剂，进行湿式球磨。
[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3. 5~4可调，损耗低（tan δ〈3 X 10 3)，谐振频率温度系数稳定。
[0021] 4、本发明低温烧结低介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5、6、7、8在850度烧结的XRD (X射线衍射图）；
[0023] 图2为实施例5在850度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0024] 图3为实施例6在850度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0025] 图4为实施例7在850度烧结的SEM(扫描电镜图）；
[0026] 图5为实施例8在850度烧结的SEM(扫描电镜图）。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图和实施例，对本发明作出进一步的说明。
[0028] -种低温烧结低介玻璃陶瓷复合基板材料，其特征在于，由以下组分组成： 30wt % ~60wt % 的 KBS 玻璃，30wt % ~55wt % 的 Al2O3,以及 5wt % ~40wt % 的石 英砂；所述KBS玻璃的摩尔配比为K2O :B203:Si02= X :y :z，其中，0. 002〈x〈0. 004， 0· 2〈y〈0. 3, 0· 5〈ζ〈0· 6 所述 Al2O3为 α 型 Al 203。
[0029] 如上所述低温烧结低介玻璃陶瓷复合基板材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030] a、按照所述KBS玻璃的组分配比要求，将K2C03、SiO2以及H 3B03的粉末混合；
[0031] b、将上述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；
[0032] c、将上述烘干后的粉末在1500 °C大气气氛中高温熔融，形成KBS玻璃熔块；
[0033] d、将上述KBS玻璃熔块以去离子水为溶剂，湿式球磨，然后在100°C下烘干，获得 KBS玻璃粉；
[0034] e、将KBS玻璃粉与占其重量百分比分别为50~183%的Al2O3以及8. 3~133% 的石英砂混合，以去离子水溶剂，湿式球磨混合，烘干后添加剂量占原料总质量的2~5% 的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；
[0035] f、将上述造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为10~20Mpa ;
[0036] g、将上述干压成型的材料在850_900°C大气气氛中烧结，制成低介玻璃陶瓷材料。
[0037] 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；所述步骤b、d以及e中的湿式球磨时间可以根据设定的粒度要求进 行调节。
[0038] 优选的，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850~900°C大气气氛中烧结时间为0. 5~1小时。
[0039] 优选的，所述步骤d中，为了提高KBS玻璃的湿式球磨效率以及获得更加均匀的 KBS玻璃粉，可以先将所述步骤c中获得的KBS玻璃熔块进行粉碎，然后再以离子水为溶剂， 进行湿式球磨；作为一个可行的方案，可将所述步骤c中获得的KBS玻璃熔块直接进行水淬 获得细小的KBS玻璃碎块.
[0040] 本发明的低温烧结低介玻璃陶瓷材料可作为复合基板材料而广泛应用，在KBS玻 璃粉和Al 2O3陶瓷相的基础上，通过添加石英砂，再调节KBS玻璃、Al 203以及石英砂三者 的质量占比在合适的范围内，从而在较低的烧结温度下同时实现较低的介电常数以及低损 耗。值得说明的是，本发明中石英砂是作为陶瓷填充料来添加，实现降低介电常数的作用。
[0041] 实施例1
[0042] &、将K2C03、SiO 2以及H3BO3的粉末混合，其质量分别为0· 35g、28g以及19. 15g ;
[0043] 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，烘干后在1500°C 大气气氛中高温熔融1小时，形成KBS玻璃熔块；
[0044] c、将KBS玻璃熔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 KBS玻璃粉；
[0045] d、将上述KBS玻璃粉与52. 5g 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2~5%的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；
[0046] e、将上述造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为20Mpa ;
[0047] f、将步骤e干压成型的材料在850°C大气气氛中烧结1小时，制成低介玻璃陶瓷材 料。
[0048] 表1中列出了本发明实施例1-8中低温烧结低介玻璃陶瓷复合基板材料各组分的 实际配比以及烧结温度。
[0049] 表2中给出了本发明1-8实施例制得的低温烧结低介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/T 7265. 2-1987 开式腔法。
[0054] 实施例2
[0055] &、将K2C03、SiO 2以及H3BO3的粉末混合，其质量分别为0· 35g、28g以及19. 15g ;
[0056] 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，烘干后在1500°C 大气气氛中高温熔融1小时，形成KBS玻璃熔块；
[0057] c、将KBS玻璃熔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 KBS玻璃粉；
[0058] d、将上述KBS玻璃粉与26. 25g Al2O3以及26. 25g石英砂混合，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2~5 %的丙烯酸溶液作为粘结剂进