氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子制造技術領域，具體地涉及一種氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著通信、航空航天、汽車和電子消費品等行業(yè)的發(fā)展和自動化水平的提高，對所 用電子電路和器件的尺寸、功能以及穩(wěn)定性要求越來越高。為了滿足電子電路和器件的小 型化、數(shù)字化、高可靠性、低功耗，以及關鍵電子元器件國產(chǎn)化替代等要求，氧化鋁多層高溫 共燒陶瓷技術，因其結(jié)構(gòu)強度高、化學穩(wěn)定性好、電熱性能優(yōu)良、布線密度高、成本低等優(yōu) 點，近些年來得到了迅猛發(fā)展。
[0003] 含氧化鋁92. 0~96. 0 %的陶瓷基板的燒結(jié)溫度在1400~1680°C，常規(guī)導電漿 料，如：Au、Ag、Pd、Pt等貴金屬的燒結(jié)溫度一般在1000°C以下，不適合用于高溫共燒，而鎢 的熔點高達34KTC、熱膨脹系數(shù)小，且導熱導電性能良好，能夠與氧化鋁基片實現(xiàn)高溫共 燒。包含金屬鎢粉、無機粘結(jié)材料和有機載體材料的導體漿料用于具有窄節(jié)距、細線條線路 印刷和小通孔填充的高密度封裝時，需要具備良好的流動性、觸變性，印刷圖形邊緣清晰、 分辨率高、方塊電阻穩(wěn)定并且阻值小，與陶瓷基板的匹配性好、平整度高、附著力強，填孔漿 料在燒結(jié)后不突出或下陷，不會因膨脹系數(shù)差異過大而導致出現(xiàn)微裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種流動性好、觸變性好、 分辨率高的氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料及其制備方法，以便有效地將其應用于氧化鋁陶 瓷帶上的通孔填充和功能圖形印制，以及制造多層高溫共燒陶瓷器件和其它多層互聯(lián)陶瓷 電子電路。
[0005] 技術方案：為實現(xiàn)上述技術方案，本發(fā)明提供一種氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料， 以總漿料的重量百分數(shù)計，所述漿料包括65. 0~95. Owt %導電金屬鎢粉、I. 0~15. Owt % 無機粘結(jié)相和4. 0~20.0 wt%有機介質(zhì)。其中，所述的無機粘結(jié)相包括金屬氧化物、非金屬 氧化物、硅酸鹽和金屬氧化物前驅(qū)體；所述的有機介質(zhì)是將聚合物和添加劑分散在有機溶 劑中得到，所述的聚合物為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素與乙基纖維素的混合物、 聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、苯乙烯丙烯酸酯共聚物等中的任意一種或 幾種的混合物；所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、 松油醇、松節(jié)油中的任意一種或幾種的混合物；所述的添加劑為texanol、DBP、大豆卵磷酯 和氫化蓖麻油中的任意一種或幾種的混合物。
[0006] 所述金屬粉其特征在于能實現(xiàn)導電功能的鎢粉。通常它在厚膜導體漿料總重量中 占65~95wt %，鎢含量越高，則電阻越低，但當含量超過85 %時，導體的電阻率并不比鎢含 量低的電阻率低，這說明鎢粉的均勻性、表面形貌、尺寸及分布對漿料的印刷性、燒結(jié)致密 性和電學性能影響很大。顆粒尺寸小則燒結(jié)時收縮大，有可能會引起產(chǎn)品彎曲，還有可能引 起金屬化與基體間結(jié)合不牢固，甚至金屬化脫落；顆粒尺寸太大則印刷圖形的邊緣可能不 整齊，得不到好的印刷效果，此外它還會降低膜層的致密度，從而導致電阻率上升。通常用 于制備衆(zhòng)料的媽粉的粒度應小于10 μ m，并優(yōu)選小于5 μ m的顆粒。粒度分布太寬，厚膜在燒 成過程中內(nèi)部顆粒間燒結(jié)不均勻?qū)е履咏Y(jié)合強度、電阻不均勻。球狀顆粒表面光滑有利 于提高印刷性能，在一定粒度范圍內(nèi)存在一定量圓片狀、鱗片狀顆?？梢蕴岣吆衲w的 結(jié)合強度和電學性能。
[0007] 在一種優(yōu)選的實施方案中，所述金屬鎢粉的粒徑在0. 2~10. 0 μ m范圍內(nèi)，顆粒形 貌為球狀、圓片狀、鱗片狀顆粒中的一種或者多種，各組份及配比如下：
[0008] 1# 粒徑鎢粉 0· 0 ~50.0 wt %
[0009] 2# 粒徑鎢粉 100. 0 ~0· Owt %
[0010] 3# 粒徑鎢粉 0· 0 ~50.0 wt %，
[0011] 其中，所述1#粒徑鎢粉的粒徑分布為0. 2~0. 6微米，2#粒徑鎢粉的粒徑分布為 0. 8~1. 2微米，3#粒徑鎢粉的粒徑分布為2. 5~5. 0微米。
[0012] 所述無機粘結(jié)相粉體的特征在于燒結(jié)過程中可與氧化鋁基體材料或者自身內(nèi)部 顆粒與顆粒之間發(fā)生化學反應，在基體與厚膜導體，以及厚膜導體內(nèi)部顆粒與顆粒接觸的 界面處生成化合物，如硅灰石、長石、鋁硅酸鹽、鎂鋁硅酸鹽等，從而把導電厚膜中的金屬鎢 顆粒粘附到基板上。所述的氧化物也可以是在燒結(jié)過程中由氧化物前驅(qū)體在高溫階段分解 轉(zhuǎn)化而來。由于硅灰石、長石、鋁硅酸鹽等化合物的生成使得金屬化厚膜層和氧化鋁基板之 間具有很好的結(jié)合強度。此處的無機粘結(jié)劑可以通過常規(guī)的制粉方法生產(chǎn)。
[0013] 在一種優(yōu)選的實施方案中，所述無機粘結(jié)相包含如下重量百分比的組分：
[0014]
[0015] 更優(yōu)選地，所述的無機粘粘結(jié)相包括如下重量百分比的組分：
[0016]
[0017] 所述有機介質(zhì)其特征在于能夠賦予漿料適于絲網(wǎng)印刷和不銹鋼掩模通孔填充，其 性質(zhì)包括：具有一定的流動性和觸變性、對基板材料良好的潤濕性、排膠前使厚膜導體材 料具有較好的強度、干燥速度快，排膠和燒結(jié)后殘留物少等。有機介質(zhì)的制備方法是將聚 合物和添加劑分散在有機溶劑中得到，其中聚合物可以為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖 維素與乙基纖維素的混合物、聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛樹脂、苯乙烯丙烯酸 酯共聚物等中的任意一種或幾種的混合物；有機溶劑可以為甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、松油醇、松節(jié)油等中的任意一種或幾種的混合物；添加劑可以是 texanol、DBP、大豆卵磷酯和氫化蓖麻油等中的任意一種或幾種的混合物。
[0018] 在一種優(yōu)選的實施方案中，所述的有機介質(zhì)包含如下重量百分比的組分為：
[0019] 聚合物 3.0 ~30.0 wt %
[0020] 有機溶劑 96. 5 ~5. Owt %
[0021] 添加劑 0· 5 ~65. Owt %。
[0022] 更優(yōu)選地，所述的有機介質(zhì)包括如下重量百分比的組分：
[0023]
[0024]
[0025] 本發(fā)明進一步提出了上述氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料的制備方法，包括如下工 藝步驟：
[0026] (1)無機粘結(jié)相粉體的制備：稱取配方量的無機粘結(jié)相各組份，將上述組份加入 帶磨球的球磨罐內(nèi)，在球磨罐內(nèi)加入研磨助劑，設定球磨機的旋轉(zhuǎn)速率，球磨〇. 5~8. 0小 時，出料干燥并過300~500目篩；
[0027] (2)制備金屬化粉料：首先按照金屬鎢粉的配方稱取各種規(guī)格的金屬鎢粉粉料， 然后將鎢粉和無機粘結(jié)相粉體按照重量比為85~99 : 1~15加入帶磨球的球磨罐內(nèi)，同 時在球磨罐內(nèi)加入適量研磨助劑，設定球磨機的旋轉(zhuǎn)速率，球磨0. 5~8. 0小時，出料干燥 并過300~500目篩；
[0028] (3)有機介質(zhì)的制備：稱取配方量的有機介質(zhì)的各組份，將有機介質(zhì)中的液態(tài)組 份加入可加熱和攪拌的容器內(nèi)，設定加熱溫度25~150°C，攪拌速率100~1000r/min，邊 攪拌邊加入有機介質(zhì)中的固態(tài)組分，待固態(tài)組分完全溶解，出料密封保存；
[0029] (4)氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料的制備：按下述配方量分別取步驟（2)和步驟 (3)制備的金屬化粉料和有機介質(zhì)，金屬化粉料和有機介質(zhì)的混合在高速攪拌機內(nèi)進行，然 后將混合后的物料加入三軸研磨機，通過研磨機滾軸之間的高速剪切和擠壓作用使金屬鎢 粉料和無機粘結(jié)相粉體在有機介質(zhì)中分散形成組分均勻的漿料，其中，金屬化粉料和有機 介質(zhì)的用量比為：
[0030] 金屬化粉料70.0~95. Owt %
[0031] 有機介質(zhì) 5. 0 ~30.0 wt %。
[0032] 在一種優(yōu)選的實施方案中，步驟（1)所述磨球的加載量