[发明专利]一种陶瓷基板材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷基板材料及其制备方法，属于电子信息功能材料与器件技术领域。所述陶瓷基板材料由陶瓷相材料与掺杂玻璃相材料经球磨混合、轧膜成型、烧结制成，包括陶瓷相MgSiO₃和掺杂相Mg‑Al‑Si玻璃；各组分的质量百分比含量为MgSiO₃90～99％，Mg‑Al‑Si玻璃1～10％；与现有技术的同类陶瓷基板材料相比，本发明具有优良的性能：成瓷密度ρ2.8g/cm³，较低的热导率(3.0w/m·k)、较高的绝缘电阻(10¹⁴Ω·cm)、高的抗弯强度(180MPa)；本发明工艺简单、生产稳定性好，使硅酸镁陶瓷基板材料批量化稳定生产成为可能。

技术领域

本发明属于电子信息功能材料与器件技术领域，具体涉及的是一种陶瓷基板材料及其制备方法

背景技术

在集成电路(IC)和表面贴装技术(SMT)的持续发展中，对基板材料性能方面的要求也越来越高。传统的氧化铝已逐渐不能满足要求，特别是，伴随着IC芯片的高速化，布线图形对传输信号的延迟问题越来越严重，这种信号延迟与布线图形周围材料的介电常数密切相关。基板材料介电常数较高，即使通过改善线路设计也无法完全满足高频下的信号高速传递且信号完整的应用需求，因为高介电常数会使信号传递速率变慢，低介电常数能减小基板与电极之间的交互耦合损耗并提高电信号的传输速率，因而降低介电常数已成为基板业者的追逐热点。因此有必要开发取代氧化铝的低介电常数(低介电常数在10以下)的材料。

陶瓷材料是刚度好、硬度高的材料，陶瓷的抗压强度较高，但抗拉强度较低，塑性和韧性很差。为了使陶瓷材料在更大范围达到实用化，只有改善陶瓷的破坏韧性才能实现材料的高强度，提高其加工性能。

低介电常数、高致密、高强度陶瓷材料对于电子技术、微电子技术和光电子技术发展起到了重要作用。陶瓷装置零件广泛应用于电子技术中，陶瓷基片和陶瓷包封是微电子技术中半导体集成电路、微波集成电路、混合集成电路的主要封装形式。同时在工作频率逐渐提高的情况下，介电损耗不断增大，器件发热量迅速增加，材料的热导率成为一个需要重点考虑的因素。陶瓷材料同由树脂材料构成的PCB相比，耐热性要好得多，而且具有热导率高、热膨胀系数小、微细化布线较容易、尺寸稳定性高等优点。同时陶瓷材料具有优良的电气性能，高的机械强度，环境与经时稳定性好。

常见的镁质瓷多以矿物材料为原料，杂相成分较多，且MgSiO₃会产生相变，MgSiO₃有四种同素异构体，Proto-enstatile(顽辉石)是高温形态，具有良好的机械强度和低的热膨胀系数，常用在电路基板上；Ortho-enstatile(正交辉石)、Clino-enstatile(单斜辉石)和Monoclinic amphibole(单斜角闪石)是MgSiO₃的低温形态；正交态辉石(α-MgSiO₃)和单斜态辉石(β-MgSiO₃)是交互转变的，相比于Mg₂SiO₄陶瓷，MgSiO₃陶瓷具有更低的介电常数，但烧结性能差，难于致密化。本发明提供一种低介电、低软化点玻璃，对MgSiO₃陶瓷进行掺杂改性，促进玻璃陶瓷复合材料致密化。通过掺杂即可以抑制陶瓷材料相变，改变硅酸镁的烧结性能、降低烧结温度，又可以降低陶瓷的介电常数，改善材料力学性能等。

发明内容

本发明的目的是提供一种低热导率、高绝缘、高强度以及可实现稳定批量生产的陶瓷基板材料及其制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：

陶瓷基板材料，包含MgSiO₃和Mg-Al-Si玻璃。各组分的质量百分比含量为MgSiO₃90～99％；Mg-Al-Si玻璃1～10％。