一種低溫燒結低介玻璃陶瓷材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于介質(zhì)玻璃陶瓷復合基板材料領域，尤其涉及一種低溫燒結具有較低介 電常數(shù)以及低損耗的玻璃陶瓷材料及其制備的方法。
【背景技術】
[0002] 現(xiàn)代半導體產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對電子封裝提出了更高的要求，多層基板技術應運 而生。低溫共燒玻璃陶瓷（LTCC)多層基板的應用，提高了信號的傳輸速度和布線密度，可 以滿足VLSI高密度封裝的要求，是現(xiàn)代通信技術的關鍵基礎材料，在便攜式移動電話、電 視衛(wèi)星接收器、軍事雷達方面有著十分重要的應用，在現(xiàn)代通訊工具的小型化、集成化過程 中正發(fā)揮著越來越大的作用。低溫共燒玻璃陶瓷材料體系的開發(fā)已成為當今電子封裝領域 研究的熱點。
[0003] 電子器件和電子裝置中元器件的復雜化、密集化和功能化，對封裝基板及布線工 程提出越來越高的要求，主要表現(xiàn)在下述幾點：（1)信號傳輸?shù)母咚倩惹幸蠼档徒殡?常數(shù)，介電損耗和減小引線距離；（2)為減小體積，許多電子元件，如電阻、電容、甚至電感， 要內(nèi)藏于基板之中；（3)為減小封裝體積，減少了封裝環(huán)節(jié)，裸芯片實裝最為典型。封裝的 許多功能，如電氣連接，物理保護，應力緩和，散熱防潮，尺寸過渡，規(guī)格化、標準化等，正逐 漸部分或全部地由基板來承擔；(4)良好的化學穩(wěn)定性和機械性能。傳統(tǒng)陶瓷Al 2O3具有中 低介電常數(shù)（9~10)，高機械強度（MOOMPa)，優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，是一種良好的基板材料。 然而，純Al 2O3陶瓷燒結溫度卻較高（1400~1500°C )，不能直接與Ag、Cu等低熔點金屬共 燒。為了降低燒結溫度，傳統(tǒng)的方法一種為摻入低熔點氧化物，如B2O 3及V 205，然而游離的 B2O3及V2O5在后期流延過程中易導致漿料粘度過大而不穩(wěn)定，限制了其實際應用；另一種方 法是Al 2O3-晶化玻璃，即在晶化玻璃中參入少量陶瓷作為成核劑，產(chǎn)品的最終性能決定于 樣品的晶化程度。但這種方法所需要的晶化玻璃量很大，造成成本較高，極大限制了玻璃陶 瓷復合基板材料的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種可低溫燒結（850~ 900°C )，具有低介電常數(shù)（3. 5~4)，低損耗且頻率溫度系數(shù)穩(wěn)定的低介玻璃陶瓷材料及其 制備方法?？蓱糜诒銛y式移動電話、電視衛(wèi)星接收器、軍事雷達等民用及國防工業(yè)中，工 藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是，提供一種低溫燒結低介玻璃陶瓷材料及其制備方 法，其中，低溫燒結低介玻璃陶瓷材料，由以下組分構成：30wt %~60wt %的KBS玻璃， 30wt%~55wt%的Al2O3，以及5wt%~40wt%的石英砂；所述KBS玻璃的摩爾配比為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為 α 型Al2O30
[0006] 如上所述低溫燒結低介玻璃陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a、按照所述KBS玻璃的組分配比要求，將K2C03、SiO2以及H 3Β03的粉末混合；
[0008] b、將上述配好的混合粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合，然后烘干；
[0009] c、將上述烘干后的粉末在1500 °C大氣氣氛中高溫熔融，形成KBS玻璃熔塊；
[0010] d、將上述KBS玻璃熔塊以去離子水為溶劑，濕式球磨，然后在100°C下烘干，獲得 KBS玻璃粉；
[0011] e、將KBS玻璃粉與占其重量百分比分別為50~183%的Al2O3以及8. 3~133% 的石英砂混合，以去離子水溶劑，濕式球磨混合，烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的2~5% 的丙烯酸溶液作為粘結劑進行造粒；
[0012] f、將上述造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為10~20Mpa ;
[0013] g、將上述干壓成型的材料在850_900°C大氣氣氛中燒結，制成低介玻璃陶瓷材料。
[0014] 進一步的，所述步驟b和d中的濕式球磨時間均為5~10小時，步驟e中的濕式 球磨時間為8~24小時。
[0015] 進一步的，所述步驟c中，烘干后在1500°C大氣氣氛中高溫熔融的時間為0. 5~1 小時，所述步驟g中，在850~900°C大氣氣氛中燒結時間為0. 5~1小時。
[0016] 再進一步的，所述步驟d還包括先將步驟c中所得的KBS玻璃熔塊粉碎，然后再以 離子水為溶劑，進行濕式球磨。
[0017] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0018] 1、本發(fā)明的配方不含重金屬成分，可在高頻領域產(chǎn)品中應用，綠色環(huán)保無污染，滿 足歐共體最新出臺的RHOS和WEEE的嚴格標準要求。
[0019] 2、由傳統(tǒng)的燒結工藝1200°C以上降到900°C以下，燒結溫度的進一步降低，有節(jié) 能優(yōu)勢。
[0020] 3、介電常數(shù)從3. 5~4可調(diào)，損耗低（tan δ〈3 X 10 3)，諧振頻率溫度系數(shù)穩(wěn)定。
[0021] 4、本發(fā)明低溫燒結低介玻璃陶瓷復合基板材料在通信領域的應用，可提高信號的 傳輸速度和布線密度，可以滿足VLSI高密度封裝的要求，是現(xiàn)代通信技術的關鍵基礎材 料，在便攜式移動電話、電視衛(wèi)星接收器、軍事雷達方面有著十分重要的應用，在現(xiàn)代通訊 工具的小型化、集成化過程中正發(fā)揮著越來越大的作用，具有重要工業(yè)應用價值。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實施例5、6、7、8在850度燒結的XRD (X射線衍射圖）；
[0023] 圖2為實施例5在850度燒結的SEM(掃描電鏡圖）；
[0024] 圖3為實施例6在850度燒結的SEM(掃描電鏡圖）；
[0025] 圖4為實施例7在850度燒結的SEM(掃描電鏡圖）；
[0026] 圖5為實施例8在850度燒結的SEM(掃描電鏡圖）。
【具體實施方式】
[0027] 下面將結合附圖和實施例，對本發(fā)明作出進一步的說明。
[0028] -種低溫燒結低介玻璃陶瓷復合基板材料，其特征在于，由以下組分組成： 30wt % ~60wt % 的 KBS 玻璃，30wt % ~55wt % 的 Al2O3,以及 5wt % ~40wt % 的石 英砂；所述KBS玻璃的摩爾配比為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為 α 型 Al 203。
[0029] 如上所述低溫燒結低介玻璃陶瓷復合基板材料的制備方法，包括以下步驟：
[0030] a、按照所述KBS玻璃的組分配比要求，將K2C03、SiO2以及H 3B03的粉末混合；
[0031] b、將上述配好的混合粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合，然后烘干；
[0032] c、將上述烘干后的粉末在1500 °C大氣氣氛中高溫熔融，形成KBS玻璃熔塊；
[0033] d、將上述KBS玻璃熔塊以去離子水為溶劑，濕式球磨，然后在100°C下烘干，獲得 KBS玻璃粉；
[0034] e、將KBS玻璃粉與占其重量百分比分別為50~183%的Al2O3以及8. 3~133% 的石英砂混合，以去離子水溶劑，濕式球磨混合，烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的2~5% 的丙烯酸溶液作為粘結劑進行造粒；
[0035] f、將上述造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為10~20Mpa ;
[0036] g、將上述干壓成型的材料在850_900°C大氣氣氛中燒結，制成低介玻璃陶瓷材料。
[0037] 優(yōu)選的，所述步驟b和d中的濕式球磨時間均為5~10小時，步驟e中的濕式球 磨時間為8~24小時；所述步驟b、d以及e中的濕式球磨時間可以根據(jù)設定的粒度要求進 行調(diào)節(jié)。
[0038] 優(yōu)選的，所述步驟c中，烘干后在1500°C大氣氣氛中高溫熔融的時間為0. 5~1小 時，所述步驟g中，在850~900°C大氣氣氛中燒結時間為0. 5~1小時。
[0039] 優(yōu)選的，所述步驟d中，為了提高KBS玻璃的濕式球磨效率以及獲得更加均勻的 KBS玻璃粉，可以先將所述步驟c中獲得的KBS玻璃熔塊進行粉碎，然后再以離子水為溶劑， 進行濕式球磨；作為一個可行的方案，可將所述步驟c中獲得的KBS玻璃熔塊直接進行水淬 獲得細小的KBS玻璃碎塊.
[0040] 本發(fā)明的低溫燒結低介玻璃陶瓷材料可作為復合基板材料而廣泛應用，在KBS玻 璃粉和Al 2O3陶瓷相的基礎上，通過添加石英砂，再調(diào)節(jié)KBS玻璃、Al 203以及石英砂三者 的質(zhì)量占比在合適的范圍內(nèi)，從而在較低的燒結溫度下同時實現(xiàn)較低的介電常數(shù)以及低損 耗。值得說明的是，本發(fā)明中石英砂是作為陶瓷填充料來添加，實現(xiàn)降低介電常數(shù)的作用。
[0041] 實施例1
[0042] &、將K2C03、SiO 2以及H3BO3的粉末混合，其質(zhì)量分別為0· 35g、28g以及19. 15g ;
[0043] b、將步驟a配好的粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合6小時，烘干后在1500°C 大氣氣氛中高溫熔融1小時，形成KBS玻璃熔塊；
[0044] c、將KBS玻璃熔塊以去離子水為溶劑，濕式球磨6小時，然后在100°C下烘干獲得 KBS玻璃粉；
[0045] d、將上述KBS玻璃粉與52. 5g Al2O3混合，以去離子水溶劑，濕式球磨混合8小時， 烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的2~5%的丙烯酸溶液作為粘結劑進行造粒；
[0046] e、將上述造粒得到的顆粒干壓成型，成型壓力為20Mpa ;
[0047] f、將步驟e干壓成型的材料在850°C大氣氣氛中燒結1小時，制成低介玻璃陶瓷材 料。
[0048] 表1中列出了本發(fā)明實施例1-8中低溫燒結低介玻璃陶瓷復合基板材料各組分的 實際配比以及燒結溫度。
[0049] 表2中給出了本發(fā)明1-8實施例制得的低溫燒結低介玻璃陶瓷復合基板材料的微 波介電性能，本發(fā)明實施例采用圓柱介質(zhì)諧振器法進行微波介電性能的評價，檢測方法為 GB/T 7265. 2-1987 開式腔法。
[0054] 實施例2
[0055] &、將K2C03、SiO 2以及H3BO3的粉末混合，其質(zhì)量分別為0· 35g、28g以及19. 15g ;
[0056] b、將步驟a配好的粉末以去離子水為溶劑，濕式球磨混合6小時，烘干后在1500°C 大氣氣氛中高溫熔融1小時，形成KBS玻璃熔塊；
[0057] c、將KBS玻璃熔塊以去離子水為溶劑，濕式球磨6小時，然后在100°C下烘干獲得 KBS玻璃粉；
[0058] d、將上述KBS玻璃粉與26. 25g Al2O3以及26. 25g石英砂混合，以去離子水溶劑， 濕式球磨混合8小時，烘干后添加劑量占原料總質(zhì)量的2~5 %的丙烯酸溶液作為粘結劑進