[发明专利]一种高强度LTCC基板材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强度LTCC基板材料及其制备方法，所述高强度LTCC基板材料是由低热膨胀系数LTCC基板材料以及分布在其两侧的高热膨胀系数LTCC基板材料共烧结得到；所述高热膨胀系数LTCC基板材料和低热膨胀系数LTCC基板材料的材料体系为：CaO‑SiO₂‑B₂O₃‑Al₂O₃‑ZnO玻璃基料+Al₂O₃陶瓷填料。

技术领域

本发明涉及一种高强度LTCC基板材料及其制备方法，属于电子元器件的陶瓷材料领域。

背景技术

目前电子元器件正朝着小型化、集成化和高可靠性方向发展，这一趋势在生产、应用方面都对基板的机械强度提出了更高的要求。集成化精密器件需要更多的加工和可靠性测试，更高的机械强度能减少在生产过程、落体测试中造成的破损；实现器件的小型化、轻薄化，必须先提升基板强度；在汽车、航空、航天领域，恶劣的服役条件需要封装基板具有更高的机械强度和耐冲击性能，以保证器件的可靠性。但对于由玻璃和陶瓷组成的LTCC材料体系，由于玻璃易在低载荷下出现疲劳破损，使得LTCC基板材料的强度远低于氧化铝等传统陶瓷材料。因此，研究高强度的LTCC材料至关重要。

提高陶瓷材料强度从原理上讲主要从三个方面：提高材料杨氏模量、提高材料断裂能、减少裂纹扩展，具体从实验上讲主要采用的手段有增加材料致密性，减少气孔率；添加晶须或纤维等准一维填料；通过材料内部析晶相来阻止裂纹扩展，提高材料强度。近年来有研究发现，在玻璃/氧化铝LTCC体系中析出钙长石相，有利于强度的提升。钙长石(CaAl₂Si₂O₈)是一种架状硅酸盐矿物，三斜晶系，常为板状或板柱状晶体。而且，含钙长石相的LTCC材料体系在高强度LTCC基板材料领域有很好的研究前景。

最近几年，一些新的强度增强方法也被应用到高强度LTCC基板材料的研究中，Doo等人[Int.J.Appl.Ceram.Tec.2014,11(2),240-245]使用25wt％Al₂O₃+15wt％SiC晶须的填料与Ca-Al-B-Si-O玻璃混合，获得了强度高达420MPa的材料；Lee等人[J.Am.Ceram.Soc.2018,101(7),3156-3167]在CBS/40wt％Al₂O₃体系中加入了0.25wt％氧化石墨烯和0.75wt％多层壁碳纳米管，将强度提升至420MPa。但这些加入相为非氧化物，存在添加相被氧化的问题，同时这些加入相为半导体或导体，会带来大的介电损耗或漏导，不利于其做为封装基板材料使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出把析晶增强和预应力增强两种原理相结合的思路，通过可析晶的、具有不同热膨胀系数的LTCC基板材料叠层共烧结，来获得高强度的LTCC多层基板材料，特别是采用相同组成体系材料，通过调整组元比例来获得不同的热膨胀系数的LTCC基板材料。

一方面，本发明提供了一种高强度LTCC基板材料，由低热膨胀系数LTCC基板材料以及分布在两侧的由高热膨胀系数LTCC基板材料共烧结得到；所述高热膨胀系数LTCC基板材料和低热膨胀系数LTCC基板材料的材料体系为：CaO-SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃-ZnO玻璃基料+Al₂O₃陶瓷填料。