[发明专利]一种具有低热膨胀系数的LTCC基板材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有低热膨胀系数的LTCC基板材料及其制备方法，该LTCC基板材料主要由硼硅酸盐玻璃和陶瓷原料制备得到，陶瓷原料为β‑锂辉石和/或氧化铝，硼硅酸盐玻璃与陶瓷原料的质量比为35～60∶40～65，硼硅酸盐玻璃主要以质量比为30～60∶30～60∶5～20∶1～4∶2.5的H₃BO₃、SiO₂、MgO、Li₂CO₃和Na₂CO₃为原料制备得到。制备方法包括先制备硼硅酸盐玻璃渣，球磨成粉，然后与陶瓷原料混合、造粒、压制、排胶和烧结，得到LTCC基板材料。该LTCC基板材料具有烧结温度低、热膨胀系数小和介电性能优异等优点。

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料及其制造领域，涉及一种LTCC基板材料及其制备方法，具体涉及一种具有低热膨胀系数的LTCC基板材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)技术是实现电子元件小型化、片式化的一种理想的封装技术。采用LTCC技术可以把模拟电路、数字电路、光电器件和微波器件等组装在一起，从而为电子装备的小型化、集成化、高可靠性等提供了极佳的解决途径，在信息、能源、军工等领域具有广泛的应用前景。

在LTCC技术涉及到的各类材料中，LTCC基板材料是最为关键的基础材料。为满足LTCC技术工艺需求，LTCC基板材料通常需要具有低的烧结温度(＜900℃)、较低的介电常数和介电损耗，以及较高的机械强度。此外，从提高表面贴装芯片与LTCC基板之间的连接可靠性而言，要求LTCC基板材料的热膨胀系数与硅芯片的热膨胀系数(～3.5ppm/℃)接近，否则芯片就会在往复的热循环下产生热应力，使芯片与基板之间的结合不匹配而与基板脱离剥落。尤其是对于大尺寸、高封装密度芯片而言，由热膨胀失配造成的封装可靠性问题将更为显著。

目前研制低热膨胀LTCC基板材料的技术思想通常基于LTCC基板材料的两大体系，即微晶玻璃体系和玻璃/陶瓷体系。前者通过控制微晶玻璃体系析出低热膨胀系数晶体相，后者则通过在玻璃/陶瓷复相体系中引入低热膨胀系数物相，从而实现对材料热膨胀系数的调控。然而，微晶玻璃体系材料的微观组织及理化性能对玻璃原始组分和烧成工艺较为敏感，工艺实现难度大，产品合格率较低。因此，玻璃/陶瓷体系仍然是制备低热膨胀系数LTCC基板材料的首选体系。通过调控低热膨胀系数物相的种类和含量来调控复相材料的热膨胀系数，可使体系具有高的可设计性，性能与工艺参数调整空间也更大，因此也更具实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种烧结温度低、介电性能优异特别是热膨胀系数小的具有低热膨胀系数的LTCC基板材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种具有低热膨胀系数的LTCC基板材料，所述LTCC基板材料主要由硼硅酸盐玻璃和陶瓷原料制备得到，所述陶瓷原料为β-锂辉石和/或氧化铝，所述硼硅酸盐玻璃与陶瓷原料的质量比为35～60∶40～65，所述硼硅酸盐玻璃主要以H₃BO₃、SiO₂、MgO、Li₂CO₃和Na₂CO₃为原料制备得到，H₃BO₃、SiO₂、MgO、Li₂CO₃和Na₂CO₃的质量比为30～60∶30～60∶5～20∶1～4∶2.5。

上述的具有低热膨胀系数的LTCC基板材料中，优选的，当所述陶瓷原料为β-锂辉石和氧化铝时，所述陶瓷原料中β-锂辉石与氧化铝的质量比为10～50∶10～50。