專利名稱：用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低溫共燒陶瓷(LTCC)材料配方及利用其制備低溫共燒陶瓷(LTCC)材料的工藝方法，特別涉及制備高抗彎強(qiáng)度LTCC基板用瓷粉的制備。
背景技術(shù)：
封裝基板可分為剛性有機(jī)封裝基板、撓性封裝基板、陶瓷封裝基板這三大類別，它們均可為芯片提供電連接、保護(hù)、支撐、散熱、組裝等功效，以實(shí)現(xiàn)多引腳化，縮小封裝產(chǎn)品體積、改善電性能及散熱性、超高密度或多芯片模塊化之目的。LTCC是陶瓷封裝基板的一個(gè)分支，以其優(yōu)良的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特征，滿足低頻、數(shù)字、射頻和微波器件的多芯片組裝或單芯片封裝的技術(shù)要求，發(fā)展極為迅速，且技術(shù)日臻成熟完善，在軍事、航天、航空、通信、計(jì)算機(jī)、汽車、醫(yī)療、消費(fèi)類電子產(chǎn)品門類中得到普遍的研究和應(yīng)用。LTCC基板采用低溫(800°C 900°C )燒結(jié)瓷料與有機(jī)粘合劑/增塑劑按一定比例混合，通過流延生成生瓷帶，在生瓷帶上沖孔、金屬化布線及通孔金屬化，然后進(jìn)行疊片、熱壓、切片、排膠，最后約900°C低溫?zé)Y(jié)制成多層布線基板。多芯片模塊用LTCC基板的顯著特征是與導(dǎo)體(Cu、Ag等)布線，以及可內(nèi)置構(gòu)成無源元件的電阻器、電容器、電感器、濾波器、變壓器(低溫共燒鐵氧體)的材料同時(shí)燒成，在頂層鍵合Ic、大規(guī)模LSI及超大規(guī)模LSI等有源器件的芯片。但是，現(xiàn)有技術(shù)的LTCC基板存在抗彎強(qiáng)度比A1203基板(400MPa)和AlN基板(300MPa)差的問題。通常，LTCC基板需要通過彎曲有切口的部分來切割，或者采用金剛石砂輪來進(jìn)行劃片切割，如果基板由于抗彎強(qiáng)度不夠?qū)е缕屏押捅懒?，則會(huì)使封裝件破損，導(dǎo)致成本上升；同時(shí)，在軍事、航天 航空、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用中由于存在大的機(jī)械沖擊，這對(duì)封裝基板的抗彎強(qiáng)度等提出更加苛刻的要求。專利文件200710150757.9提供一種高強(qiáng)度的微晶玻璃，但是其抗彎強(qiáng)度也只有200MPa ;專利文件201010505776.0提供一種高強(qiáng)度，高反射率的玻璃陶瓷混合物，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到300MPa，但是其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于LED的封裝，由于大量堿金屬離子的引入，電導(dǎo)率，損耗等性能惡化，并不適用于本領(lǐng)域的封裝基板。因此，需要一種用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，具有較高的抗彎強(qiáng)度，介電常數(shù)、損耗正切、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)均符合封裝基板的要求，制備的陶瓷基板可應(yīng)用于對(duì)熱導(dǎo)率、抗彎強(qiáng)度要求較高的軍事、航天航空、汽車等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，具有較高的抗彎強(qiáng)度，介電常數(shù)、損耗正切、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等參數(shù)均符合封裝基板的要求，制備的陶瓷基板可應(yīng)用于對(duì)熱導(dǎo)率、抗彎強(qiáng)度要求較高的軍事、航天航空、汽車等領(lǐng)域。本發(fā)明的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，按重量百分比包括:4(T50wt%的微晶玻璃、4(T60wt%的Al2O3和(Tl0%的熔融石英粉；所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成=Al2O3:3 15wt% ；CaO:25 45wt% ；SiO2:35 55wt% ；B203:5 15wt% ；La2O3:0.5 5wt% ；K20:0 2wt% ；Li20:0.5 5wt% ；Zr02:0 5wt% ；P205:0^2wt% ；Sb2O3:0^2wt% ；Rb20:0 5wt%。。進(jìn)一步，按重量百分比包括:45wt%的微晶玻璃、49wt%的Al2O3和6%的熔融石英粉；所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成:A1203:5wt% ；CaO:40wt% ；Si02:38wt% ；B203:5wt% ；La203:2.9wt% ；K20:0.6wt% ；Li20:2.7wt% ；Zr02:1.7wt% ；P205:
1.3wt% ；Sb203:1.5wt% ；Rb20:1.3wt% ；進(jìn)一步，所述熔融石英粉為無定形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種利用用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料制備低溫共燒陶瓷漿料的方法，包括下列步驟:a.微晶玻璃粉的制備:稱取微晶玻璃原料，球磨并烘干后于65(T750°C預(yù)燒f 6小時(shí)成為初瓷料；然后將初瓷料快速熔融并經(jīng)冷淬后得到粒徑為15 500 μ m的非晶玻璃瓷料，粉碎成粒徑為Γ3 μ m的微晶玻璃粉；b.復(fù)配:`
稱取氧化鋁和熔融石英，與步驟a的微晶玻璃粉混合，進(jìn)行流延制漿。進(jìn)一步，步驟a中，球磨的方式為濕法球磨，球磨后于10(Γ120 烘干；初瓷料的熔融為以12(T200g/min的流量加入溫度為145(Tl550°C的坩堝中，熔融成玻璃液滴落入45°C以下的去離子水中冷淬；粉碎方式為通過流化床氣流磨粉碎；進(jìn)一步，步驟a中，預(yù)燒溫度為700°C，冷淬后得到的非晶玻璃瓷料粒徑通過控制冷淬的溫度、初瓷料的流量和對(duì)初瓷料加熱溫度得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，本發(fā)明制備的LTCC瓷粉可以在84(T90(TC實(shí)現(xiàn)致密成瓷，介電常數(shù)為6.(Γ8.6，損耗正切小于
0.003，熱導(dǎo)率大于5W/ (m -K)，熱膨脹系數(shù)為6.5 X 10_6/°C，抗彎強(qiáng)度大于320MPa，能與Cu、Ag電極進(jìn)行共燒，該瓷粉經(jīng)成型，包括流延和軋膜，制備的陶瓷基板廣泛應(yīng)用于對(duì)熱導(dǎo)率、抗彎強(qiáng)度要求較高的軍事、航天航空、汽車等領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，按重量百分比包括:4(T50wt%的微晶玻璃、4(T60wt%的Al2O3和0 10%的熔融石英粉；所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成=Al2O3:3 15wt% ；CaO:25 45wt% ；SiO2:35 55wt% ；B203:5 15wt% ；La2O3:0.5 5wt% ；K20:0 2wt% ；Li20:0.5 5wt% ；Zr02:0 5wt% ；P205:0^2wt% ；Sb2O3:0^2wt% ；Rb20:0^5wt% ；對(duì)于微晶玻璃的組成，Al2O3是玻璃穩(wěn)定成分，質(zhì)量百分比控制在3%以上，低于3%微晶玻璃容易分相，高于15%會(huì)造成基板燒結(jié)時(shí)翹曲；CaO用于控制熔融溫度，并促進(jìn)燒結(jié)；SiO2是玻璃穩(wěn)定化成分，含量低于上述范圍，基板易翹曲，含量超過上述范圍，玻璃熔融溫度大幅升高，生產(chǎn)成本增加；b203是微晶玻璃燒結(jié)促進(jìn)劑，但是含量不宜過高，本玻璃配方中，含量超過上述范圍，出現(xiàn)玻璃分相，性能不穩(wěn)定；K20、Li2O等堿金屬的引入是為了降低玻璃液粘度，提高熔化性，同時(shí)Li的引入會(huì)生成二硅酸鋰相，提高抗彎強(qiáng)度；La203可以促進(jìn)二硅酸鋰相的生成；La203和Sb2O3的加入可以有效束縛堿金屬離子，提高電阻率；P205是微晶玻璃的形核劑，特別是誘導(dǎo)二硅酸鋰相的生成。本實(shí)施例中，按重量百分比包括:按重量百分比包括:45wt%的微晶玻璃、49wt%的Al2O3和6%的熔融石英粉；所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成:A1203:5wt% ；CaO:40wt% ；Si02:38wt% ；B203:5wt% ；La203:2.9wt%；K20:0.6wt% ；Li20:2.7wt% ；Zr02:1.7wt% ；P205:
1.3wt% ；Sb203:1.5wt% ；Rb20:1.3wt%。 本實(shí)施例中，所述熔融石英粉為無定形結(jié)構(gòu)，具有較好的混合特性，保證最終的產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明還公開了一種利用用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料制備低溫共燒陶瓷漿料的方法，包括下列步驟:a.微晶玻璃粉的制備:稱取微晶玻璃原料，球磨并烘干后于650 750°C預(yù)燒I 6小時(shí)成為初瓷料 ’然后將初瓷料快速熔融并經(jīng)冷淬后得到粒徑為15 500 μ m的非晶玻璃瓷料，粉碎成粒徑為I 3 μ m的微晶玻璃粉；需要明確的是微晶玻璃的制備中，原料混合后需要預(yù)燒，熔融坩堝采用流料口加熱，控制加料流量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)和保持成分均一性；冷淬后的微晶玻璃使用氣流磨粉碎，得到的粉末分散性好，粒徑分布窄，粒徑大小可控，相對(duì)傳統(tǒng)濕法球磨具有更好的分散性，粉粒表面無H懸掛鍵，更適合流延制漿；b.復(fù)配:稱取氧化鋁和熔融石英，與步驟a的微晶玻璃粉混合，進(jìn)行流延制漿。本實(shí)施例中，步驟a中，球磨的方式為濕法球磨，球磨后于10(Tl2(rC烘干；初瓷料的熔融為以12(T200g/min的流量加入溫度為145(Tl550°C的坩堝中，熔融成玻璃液滴落入45°C以下的去離子水中冷淬；一般采用常溫且不高于45°C即可；也可采用較低的溫度，根據(jù)粒徑的選擇調(diào)整溫度；粉碎方式為通過流化床氣流磨粉碎；本實(shí)施例中，步驟a中，預(yù)燒溫度為700°C，冷淬后得到的非晶玻璃瓷料粒徑通過控制冷淬的溫度、初瓷料的流量和對(duì)初瓷料加熱溫度得以實(shí)現(xiàn)。以下是本發(fā)明的實(shí)施例，下述實(shí)施例中計(jì)量單位為克或者千克，稱取時(shí)單位需統(tǒng)下列共計(jì)五個(gè)實(shí)施例，五個(gè)實(shí)施例中各種組分的配方稱取見下表，并且表中對(duì)應(yīng)有各個(gè)實(shí)施例的效果:
權(quán)利要求
1.一種用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，其特征在于:按重量百分比包括:4(T50wt%的微晶玻璃、4(T60wt%的Al2O3和0 10%的熔融石英粉； 所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成=Al2O3:3 15wt% ；CaO:25 45wt% ；Si02:35 55wt% ；B203:5 15wt% ；La2O3:0.5 5wt% ；Κ20:0 2wt% ；Li20:0.5 5wt% ；Zr02:0 5wt% ；P2O5:0 2wt% ； Sb2O3:0 2wt% ；Rb20:0 5wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，其特征在于:按重量百分比包括:45wt%的微晶玻璃、49wt%的Al2O3和6%的熔融石英粉； 所述微晶玻璃按重量百分比由下列組分組成:A1203:5wt% ；CaO:40wt% ；Si02:38wt% ；B203:5wt% ；La203:2.9wt% ；K20:0.6wt% ；Li20:2.7wt% ；Zr02:1.7wt% ；P205:1.3wt% ；Sb203:1.5wt% ；Rb20:1.3wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料，其特征在于:所述熔融石英粉為無定形結(jié)構(gòu)。
4.一種利用權(quán)利要求1所述的用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料制備低溫共燒陶瓷漿料的方法，其特征在于:包括下列步驟: a.微晶玻璃粉的制備: 稱取微晶玻璃原料， 球磨并烘干后于65(T750°C預(yù)燒I飛小時(shí)成為初瓷料；然后將初瓷料快速熔融并經(jīng)冷淬后得到粒徑為15 500 μ m的非晶玻璃瓷料，粉碎成粒徑為f 3 μ m的微晶玻璃粉； b.復(fù)配: 稱取氧化鋁和熔融石英，與步驟a的微晶玻璃粉混合，進(jìn)行流延制漿。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備低溫共燒陶瓷漿料的方法，其特征在于:步驟a中，球磨的方式為濕法球磨，球磨后于io(Ti2(rc烘干； 初瓷料的熔融為以12(T200g/min的流量加入溫度為145(Tl550°C的坩堝中，熔融成玻璃液滴落入45°C以下的去離子水中冷淬； 粉碎方式為通過流化床氣流磨粉碎。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備低溫共燒陶瓷漿料的方法，其特征在于:步驟a中，預(yù)燒溫度為700°C，冷淬后得到的非晶玻璃瓷料粒徑通過控制冷淬的溫度、初瓷料的流量和對(duì)初瓷料加熱溫度得以實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制備高抗彎強(qiáng)度低溫共燒陶瓷的材料及方法，材料包括40~50wt%的微晶玻璃、40~60wt%的Al2O3和0~10%的熔融石英粉；微晶玻璃Al2O33~15wt%；Ca025~45wt%；SiO235~55wt%；B2O35~15wt%；La2O30.5~5wt%；K2O0~2wt%；Li2O0.5~5wt%；ZrO20~5wt%；P2O50~2wt%；Sb2O30~2wt%；Rb2O0~5wt%，本發(fā)明制備的LTCC瓷粉可以在840~900℃實(shí)現(xiàn)致密成瓷，介電常數(shù)為6.0~8.6，損耗正切小于0.003，熱導(dǎo)率大于5W/(m·K)，熱膨脹系數(shù)為6.5×10-6/℃，抗彎強(qiáng)度大于320MPa，能與Cu、Ag電極進(jìn)行共燒，該瓷粉經(jīng)流延或軋膜制備的陶瓷基板廣泛應(yīng)用于對(duì)熱導(dǎo)率、抗彎強(qiáng)度要求較高的軍事、航天航空、汽車等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C04B35/10GK103086703SQ201310035489
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者李在映, 楊曉戰(zhàn), 雒文博, 劉明龍, 朱紅偉, 劉晏君, 江林 申請(qǐng)人:云南云天化股份有限公司