[发明专利]一种低温烧结低介玻璃陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于介质玻璃陶瓷复合基板材料领域，尤其涉及一种低温烧结具有较低介电常数以及低损耗的玻璃陶瓷材料及其制备的方法。

背景技术

现代半导体产业的飞速发展，对电子封装提出了更高的要求，多层基板技术应运而生。低温共烧玻璃陶瓷(LTCC)多层基板的应用，提高了信号的传输速度和布线密度，可以满足VLSI高密度封装的要求，是现代通信技术的关键基础材料，在便携式移动电话、电视卫星接收器、军事雷达方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。低温共烧玻璃陶瓷材料体系的开发已成为当今电子封装领域研究的热点。

电子器件和电子装置中元器件的复杂化、密集化和功能化，对封装基板及布线工程提出越来越高的要求，主要表现在下述几点：(1)信号传输的高速化迫切要求降低介电常数，介电损耗和减小引线距离；(2)为减小体积，许多电子元件，如电阻、电容、甚至电感，要内藏于基板之中；(3)为减小封装体积，减少了封装环节，裸芯片实装最为典型。封装的许多功能，如电气连接，物理保护，应力缓和，散热防潮，尺寸过渡，规格化、标准化等，正逐渐部分或全部地由基板来承担；(4)良好的化学稳定性和机械性能。传统陶瓷Al₂O₃具有中低介电常数(9～10)，高机械强度(>400MPa)，优异的化学稳定性，是一种良好的基板材料。然而，纯Al₂O₃陶瓷烧结温度却较高(1400～1500℃)，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共烧。为了降低烧结温度，传统的方法一种为掺入低熔点氧化物，如B₂O₃及V₂O₅，然而游离的B₂O₃及V₂O₅在后期流延过程中易导致浆料粘度过大而不稳定，限制了其实际应用；另一种方法是Al₂O₃-晶化玻璃，即在晶化玻璃中参入少量陶瓷作为成核剂，产品的最终性能决定于样品的晶化程度。但这种方法所需要的晶化玻璃量很大，造成成本较高，极大限制了玻璃陶瓷复合基板材料的发展。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可低温烧结(850～900℃)，具有低介电常数(3.5～4)，低损耗且频率温度系数稳定的低介玻璃陶瓷材料及其制备方法。可应用于便携式移动电话、电视卫星接收器、军事雷达等民用及国防工业中，工艺简单，易于工业化生产且材料性能稳定。

本发明的技术解决方案是，提供一种低温烧结低介玻璃陶瓷材料及其制备方法，其中，低温烧结低介玻璃陶瓷材料，由以下组分构成：30wt％～60wt％的KBS玻璃，30wt％～55wt％的Al₂O₃,以及5wt％～40wt％的石英砂；所述KBS玻璃的摩尔配比为K₂O：B₂O₃：SiO₂＝x：y：z，其中，0.002<x<0.004，0.2<y<0.3，0.5<z<0.6；所述Al₂O₃为α型Al₂O₃。

如上所述低温烧结低介玻璃陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

a、按照所述KBS玻璃的组分配比要求，将K₂CO₃、SiO₂以及H₃BO₃的粉末混合；

b、将上述配好的混合粉末以去离子水为溶剂，湿式球磨混合，然后烘干；

c、将上述烘干后的粉末在1500℃大气气氛中高温熔融，形成KBS玻璃熔块；

d、将上述KBS玻璃熔块以去离子水为溶剂，湿式球磨，然后在100℃下烘干，获得KBS玻璃粉；

e、将KBS玻璃粉与占其重量百分比分别为50～183％的Al₂O₃以及8.3～133％的石英砂混合，以去离子水溶剂，湿式球磨混合，烘干后添加剂量占原料总质量的2～5％的丙烯酸溶液作为粘结剂进行造粒；

f、将上述造粒得到的颗粒干压成型，成型压力为10～20Mpa；

g、将上述干压成型的材料在850-900℃大气气氛中烧结，制成低介玻璃陶瓷材料。