[发明专利]基板用微晶玻璃陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基板用微晶玻璃陶瓷的配方及其制备方法，属于陶瓷材料领域。

背景技术

随着电子设备的小型化、薄型化、集成化和高频化发展，对集成电路布线的微细化、高密度化、低电阻化以及基板材料的低介电常数、低热膨胀率、高热导率等方面提出了越来越严格的要求。传统陶瓷基板通常采用Al₂O₃、莫来石、AlN等材料，但由于其烧结温度在1500～1900℃，若采用同时烧成法，导体材料只能选择难溶金属Mo和W等，这样势必造成一系列难以解决的问题：(1)共烧需要在还原性气氛中进行，增加了工艺难度，烧结温度过高，需采用特殊烧结炉(2)由于Mo和W本身的电阻率较高，布线电阻大，信号传输容易造成失真，损耗增大，布线微细化受到限制(3)介质材料的介电常数都偏大，因此会增大信号传输延迟时间，特别是不适用于超高频电路。为了解决上述问题，1982年由休斯公司开发了玻璃与陶瓷混合共烧的低温共烧陶瓷基板(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)。由于其烧成温度在900℃上下，导体布线材料可采用电阻率低的Au、Ag、Cu、Ag-Pd等，能实现微细化布线。并且，为适应高速电路的需要，必须降低信号延迟时间，而信号传输延迟时间同介质材料介电常数的平方根成正比。为此，对于基板材料来说，必须降低介质材料的介电常数。因此，开发低温共烧的低介电常数陶瓷基板材料具有广阔的应用前景。

目前，LTCC材料在日本、美国等发达国家已实现产业化。许多LTCC材料生产厂家可提供配套系列产品。但在国内仍属于起步阶段，拥有自主知识产权的材料体系和器件几乎是空白。国内急需开发出系列化的、有自主知识产权的LTCC瓷料和基板产品。低温烧结低介电常数陶瓷材料可分为三大类：微晶玻璃系(也称玻璃陶瓷)、玻璃加陶瓷填充料的复合系、非晶玻璃系。近年来，人们在微晶玻璃上进行了大量的研究，开发了许多低烧结温度低介电常数陶瓷体系。微晶玻璃体系是微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料，一般由硼和硅构成玻璃网状组织，这些玻璃的构成物加上单价或双价碱性的难以还原的氧化物类元素可以重建玻璃的网状组织。许多LTCC都是基于硼硅酸盐玻璃基础上制备的，如CaO-B₂O₃-SiO₂系微晶玻璃。

美国专利(US Patent 5258335)，由Ferro公司发明了一种低介电常数低温共烧CaO-B₂O₃-SiO₂体系玻璃陶瓷基板材料，各组成配比为：CaO 35～65wt％，B₂O₃0～50wt％，SiO₂10～65wt％。采用传统玻璃工艺制备该玻璃陶瓷材料，即将原料粉体混合球磨，干燥，在氧化铝坩埚内于1400～1500℃完全熔融和均匀化。800～950℃烧结。该玻璃陶瓷可析出的晶体种类为CaO·SiO₂和CaO·B₂O₃。所得玻璃陶瓷介电常数ε≤7.9(1KHz)，介电损耗tgδ＜0.003(1KHz)。该专利未说明采用何种原料制备玻璃体。并且，该专利对于其制备的玻璃陶瓷基板材料的抗弯强度数值未加以说明。