[00143452]一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带及其制备方法

1.课题来源与背景 近年来,信息技术的发展要求高速数据和高电流密度传输,电子线路日益向微型化、集成化和高频化的方向发展,这就对电子元件提出了尺寸微小、高频、高可靠性、价格低廉和高集成度的要求。低温共烧陶瓷技术（LTCC）是1982年休斯公司开发的新型材料技术,是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制成所需要的电路图形,并将多个被动组件（如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等）埋入陶瓷基板中,然后叠压在一起,内外电极可分别使用银、铜、金等金属,在900℃以下烧结,制成三维网络的高组装密度电子器件。 为了满足这种高组装密度产品要求,所有涉及到的材料必须具有优良的品质和可重复性,所有的工艺步骤需要严格、小心控制,任何工艺参数微小的变化尤其是LTCC材料特性的细微变化都会影响最终器件的性能。因此开发出小公差、重现性好、能与其他异质材料实现共烧的生瓷带意义重大。 影响LTCC生瓷带品质的关键因素为材料组分因素。生瓷带中无机粉料的种类、含量、粒度和形貌,以及有机材料诸如溶剂、粘结剂、分散剂、塑性剂的种类和含量直接影响到LTCC生瓷带的性能。传统的LTCC生瓷带中固含量（无机粉料含量）较低,烧结收缩率大,与其他异质材料共烧过程中易发生不匹配的现象而造成翘曲;生瓷带中无机粉料一般为形状不规则的玻璃粉和陶瓷粉,通过流延制备出的生瓷带表现出一种各向异性的结构,以至于打孔、印刷、叠层后的陶瓷坯体烧结后会出现烧结收缩的各向异性,严重影响LTCC器件的可靠性、稳定性以及制造的可重复性,制约了LTCC器件朝微型化、集成化、高可靠性方向进一步发展。 2.技术原理及性能指标 ①技术原理 本发明的目的就是解决了传统LTCC生瓷带烧结收缩的各向异性问题,提供了一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带及其制备方法。 本发明采用了以下技术方案： a、按硼硅酸盐玻璃配方称取原料B2O3、SiO2、Al2O3、MgO、K2O、Na2O,混合后保存12~24h; b、将上述混合原料粉末置于铂金坩埚中,在1500~1600℃下保温2~4h后,倒入去离子水中,得到透明、均一的玻璃碎片; c、采用刚玉对辊将所制玻璃碎片碾碎,得到平均粒径为0.5~1mm的玻璃粗粉,将玻璃粗粉与去离子水混合,氧化锆球作为球磨介质,按玻璃粗粉：球：水=1:3:0.8的比例球磨5~10h,然后置于120℃烘箱中烘4~6h,得到平均粒径为1~3um的硼硅酸盐玻璃粉; d、将重量份数比为（30~70）：（40~60）的硼硅酸盐玻璃粉与球形氧化铝粉组成混合料,加入乙醇介质,按照混合料：锆球：乙醇=1:2.5:1的比例混合球磨2~4h,然后置于120℃烘箱中烘4~6h,得到低温共烧陶瓷粉料; e、向所述的低温共烧陶瓷粉料中加入溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂,密闭环境下球磨混合均匀8~12h,真空脱泡,采用刮刀法流延成型,干燥后得到生瓷带,其中：干燥温度为25℃,干燥时间为6~12h。 对所制备的生瓷带进行切片、叠层、热压成型、修剪成所需形状的生瓷片。将所述的单层生瓷带或多层生瓷片在850~900℃下烧结,最终得到硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷基板。 ②性能指标 本发明制备的玻璃陶瓷体系LTCC生瓷带,表面平整、光滑,X、Y、Z轴烧结收缩率均为9~11%,能在850℃实现与Au、Ag等低熔点金属布线共烧,其中,X、Y轴分别为水平面内平行、垂直于流延方向,Z轴为垂直于流延平面方向。烧结瓷体具有优良的介电性能：10GHz下,介电常数（εr）为7~8,介质损耗（tanδ）小于2×10-3。 3.技术的创造性与先进性 本发明选用超细硼硅酸盐玻璃、球形氧化铝作为生瓷带中的无机粉料,选用混合溶剂（制成生带后快速挥发）、单体粘结剂（生瓷带制备过程中聚合）和相应的增塑剂、分散剂作为有机流延媒介制备出高固含量的玻璃-陶瓷体系LTCC生瓷带,并有效解决了传统LTCC生瓷带烧结收缩的各向异性问题。 4.技术的成熟度,适应范围和安全性 本发明技术成熟,可以广泛适应于复相玻璃陶瓷体系低温共烧陶瓷材料领域,工艺先进,安全可靠。 5.应用情况及存在问题 目前,本项技术已经小批量运用到我公司的正常生产活动中,暂未发现问题。