[发明专利]多层高温共烧陶瓷厚膜导体钨浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于多层高温共烧陶瓷电子电路和器件的多层高温共烧陶瓷厚膜导体钨浆料及其制备方法。属于半导体制造技术领域。

背景技术

随着通信、航空航天、汽车和电子消费品等所采用的电子设备不断向小型化、数字化方向的发展，对电子元器件高可靠、低功耗、微型化、集成化的要求越来越强。高温共烧陶瓷技术（HTCC）因其结构强度高、化学稳定性好、电热性能优良、布线密度高，所以近些年来得到了迅猛发展。其采用的基体（氧化铝陶瓷）作为一种传统材料，它的研究和应用在国内外比较成熟；用于实现多层电子电路和器件互联的常规导电浆料，如：Au、Ag、Pd、Pt等贵金属的熔点均比较低，烧结温度一般在1000℃以下，不适合用于高温共烧技术，而金属钨不仅融点高（3410℃），而且导电导热性能优良，所以钨导电浆料得到了高温共烧技术领域的广大科技工作者的极大关注。由于可进行多层、共烧和柔性设计，用于微波，如通信、航空航天、汽车和电子消费品等领域的氧化铝陶瓷带在制造多层电路时，所用表层导体材料需要具备许多性质，其中包括电阻率、引线强度、可焊接性、结合性、稳定性等；而内层导体材料和通孔填充材料除了需要具备上述特征以外还需要具备良好的气密性，导线对通孔填充材料的界面连接性、通孔填充材料对氧化铝介质材料的界面结合性、烧制时通孔填充材料突出或者沉入氧化铝介质材料的顶部和底部最小等。钨导电浆料与其它厚膜导电材料类似，它包括导电金属、无机粘结剂和有机载体。用于氧化铝多层互联器件中的钨厚膜导体技术的一个关键因素是金属钨粉的选择。钨粉颗粒的均匀性、表面形貌以及粒度分布对浆料的印刷、烧结和电学性能影响非常大。颗粒尺寸太大或者太小，粒度分布宽，则印刷图形厚薄不均、边缘呈锯齿状，烧结后膜层多孔、表面粗糙、电阻率高；其次，由于引入的金属氧化物或者非金属氧化物无机粘结剂在烧制过程中与周围氧化铝介质材料的相互作用，使导体中的无定形相和晶相材料含量增加，从而导致引线强度、电阻率和可焊接性的变化；第三个关键因素是通孔填充材料与线导体材料，以及周围氧化铝介质材料的界面连接性。由于材料本身的差异和印刷所需条件的差异引起通孔填充材料和通孔界面产生应力、分层和开裂，这些将会导致导电性和气密性的变化；第四个关键因素是浆料的粘度。粘度对于通孔填充浆料和线导体印刷浆料的配制非常总要。为了获得高产率，实现快速印刷，以及印制的线导体边缘整齐，没有断线、薄线等现象，配制的线导体浆料应当具有较低的粘度。如果用黏度较低的浆料去填充通孔，浆料会从氧化铝介质带的底部流出，所以高粘度的通孔填充浆料对于用多于一次的不锈钢掩模版的方法去实现通孔填充来说是必要的；第五关键因素是制备没有分层和漏气的具有多层互联层的部件。那些未经烧结的部件中包含大量有机物，在烧结过程中，导电浆料中的有机物应该在氧化铝介质排胶的早期阶段挥发或者解聚和分解成气体而离开系统。

发明内容

本发明提出的是一种多层高温共烧陶瓷厚膜导体钨浆料及其制备方法。其目的旨在可有效地将其应用于氧化铝陶瓷带上的通孔填充和功能图形的印制，以及制造高温共烧陶瓷（HTCC）器件和其它多层互联陶瓷电子电路，具有制备工艺简单、需要的生产设备少、可工业化、低成本大规模生产等特点。

本发明的技术解决方案：高温共烧陶瓷厚膜导体钨浆料，其特征是以总浆料的重量百分数计，包括：

  （a）70～95wt%金属钨粉，其平均粒径分布在0.2～10微米，形状呈球形；

（b）1～10 wt%的无机粘结剂混合物， 该无机粘结剂混合物包括Al₂O₃、Y₂O₃、SiO₂、CaCO₃、镁铝硅酸盐玻璃粉、镁铝硅酸盐矿石粉，各组份的重量比：

Al₂O₃                  36.0～96.0wt%

Y₂O₃                   0.0～6.0 wt%   

SiO₂                    0.0～27.0 wt%

CaCO₃                  1.0～2.0 wt%

镁铝硅酸盐玻璃粉        0.0～50.0 wt%

铝硅酸盐矿石粉          3.0～6.0 wt%