[发明专利]实现空气排胶的低温共烧陶瓷用导电铜膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，特别涉及一种实现空气排胶的低温共烧陶瓷(LTCC)用导电铜膜及其制备方法。

背景技术

厚膜导电浆料以其高效、节能等特点迅速成为了电子产品尤其是电子封装中的一种常用材料。厚膜导电浆料一般由金属导电相、无机粘结剂和有机载体三部分构成，三者按一定比例混合轧制形成膏状浆料，然后印刷在基板上，烧结后形成几微米到几十微米厚的膜层，是各种电子器件的基础材料。

低温共烧陶瓷(LTCC)基片作为一种高度稳定和低烧结温度(850℃～950℃)的基材，满足了电子封装小型化，轻型化和多功能化的要求，目前已经成为微电子领域的研究热点。在LTCC用厚膜导电浆料中，金、银、钯等浆料由于具有高导电性和合适的熔点获得了较多的应用。但是，随着贵金属价格上涨以及对浆料需求的剧增，急需寻求更经济的替代品。近年来，铜导电浆料以其高导电性、高导热性、相对较高的熔点、优良的可焊性、低电化学迁移率、低成本等优势成为一种极具潜力的电子浆料。

铜导电浆料最严重问题在于易氧化，尤其是在高温下的氧化。因此，为了抑制铜的氧化、获得导电性良好的铜膜，常常采用惰性气氛或还原性气氛对其进行排胶和烧结。但是，惰性气氛和还原性气氛不利于基体和浆料中有机物的氧化排出，有机物排不干净留下的残碳会降低烧结后LTCC基板的介电性能、致密度、弯曲强度和击穿电压等。因此，在抑制铜氧化的同时，要合理控制排胶或烧结气氛条件，促进基板与浆料中有机物的充分排出。

导电浆料中玻璃粉的含量虽然不多，但对电子浆料的性能有着重要的影响，尤其是对电子浆料的烧结温度、烧结后导电膜层的性能以及膜层与基板的结合性能影响很大。小粒径的玻璃粉更易于与导电相、有机载体等均匀混合，改善膜层边角覆盖率和表面粗糙度，烧结温度也会比大粒径玻璃粉更低，对于电子浆料的制备与性能是非常有利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现空气排胶的低温共烧陶瓷用导电铜膜，在空气中完成排胶，促进基板与浆料中有机物的充分排出，改善铜膜的烧结性能；本发明同时提供其制备方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的实现空气排胶的低温共烧陶瓷用导电铜膜，由玻璃包覆铜粉和有机载体制成；其中：玻璃包覆铜粉，内核为铜粉，包覆层为SiO₂-B₂O₃-BaO玻璃；玻璃包覆铜粉中包覆玻璃质量占铜粉的质量的5％～9％；玻璃包覆铜粉与有机载体的质量比为3～4:1。

导电铜膜优选膜层厚度为10μm～50μm。

本发明的实现空气排胶的低温共烧陶瓷用导电铜膜的制备方法，包括如下步骤：

1)玻璃溶胶的制备；

2)玻璃包覆铜粉的制备；

3)铜浆的制备与印刷；

4)低温共烧陶瓷基片/铜膜的排胶与烧结。

具体步骤说明如下，但不限定是唯一的组合方法：

所述步骤1)玻璃溶胶的制备是：按包覆玻璃与铜粉的质量比以及玻璃中SiO₂：B₂O₃：BaO＝10：55：35的质量比称取正硅酸乙酯、硼酸、醋酸钡；按照50～200:1乙醇与正硅酸乙酯的摩尔比将正硅酸乙酯溶解于乙醇中，然后按照4～10:1的去离子水与正硅酸乙酯的摩尔比加入蒸馏水，室温下电磁搅拌，得到澄清的正硅酸乙酯预水解液；将硼酸、醋酸钡分别加入到去离子水中溶解，然后混合得到澄清无机溶液；将澄清无机溶液加入到正硅酸乙酯的预水解液中，得到澄清溶液，加入醋酸稳定，室温下电磁搅拌得到澄清玻璃溶胶。

所述加入的醋酸体积为溶液总体积的1/200～1/50。

所述步骤2)玻璃包覆铜粉的制备是：将铜粉放入1～5mol/L的稀盐酸中搅拌处理10～30min，并用丙酮溶液清洗除去表面的氧化层与杂质，室温下干燥得到干净的预处理铜粉；将预处理铜粉放入酒精中超声至铜粉均匀分散于酒精中；然后玻璃溶胶倒入其中，搅拌包覆；将液体升温搅拌蒸发，使溶液变成稠浆；然后倒入培养皿中，干燥得到玻璃凝胶包覆铜粉。

所述铜粉质量为10g～20g/100mL酒精；所述搅拌包覆温度为30℃～70℃；所述搅拌包覆时间为1h～3h；所述液体搅拌蒸发温度为70℃～90℃。