3d封裝ltcc基片材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種多層高密度封裝LTCC基板 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低溫共燒陶瓷(XTCC，LowTemperatureC〇-firedCeramics的縮寫）是一種新型 材料，用于實現(xiàn)高集成度、高性能電子封裝。新型高密度封裝LTCC多層電路基片作為微波 新型電子材料與元器件的典型代表，由于其設(shè)計的靈活性和性能的優(yōu)異性而脫穎而出，其 是采用LTCC技術(shù)，把印有導(dǎo)電帶圖形和含有互連通孔的多層生料帶相疊，在900°C溫度W 下燒結(jié)而形成的一種互連結(jié)構(gòu)。3D封裝LTCC多層電路基片可W最大限度增大布線密度和 縮小互連長度，是實現(xiàn)微型化、高密度微波電路的一種理想的互連基板。多層基片中每層都 可W單獨完成電路設(shè)計，采用微波傳輸線、邏輯控制線和電源線的混合信號設(shè)計并將它們 組合在同一個S維立體微波互連結(jié)構(gòu)中，實現(xiàn)相應(yīng)的電訊功能。LTCC技術(shù)為多層線路和電 子元器件的設(shè)計帶來了巨大的靈活性，但許多相關(guān)技術(shù)亟待開發(fā)。目前研究最多的主要有 材料性能、收縮率控制、共燒匹配性的調(diào)制問題，但對于改性填充相陶瓷界面的研究相對較 少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種3D封裝LTCC基片材料及其制備方法。通過玻璃包覆 陶瓷相，改性陶瓷界面提高界面潤濕力，獲得一種低玻璃相含量的LTCC材料，可用于制備 大面積的厚膜基板，應(yīng)用于集成電路、MCM組件、藍(lán)牙模塊及光電子技術(shù)等領(lǐng)域。
[0004] 3D封裝LTCC基片材料，是由無機(jī)玻璃陶瓷料和有機(jī)流延體系組成。其中無機(jī)玻璃 陶瓷料由包覆a -Al2〇3值5。= 2~4um)和低軟化點玻璃組成；低軟化點玻璃是巧棚侶娃玻 璃或鉛棚娃玻璃；有機(jī)流延體系由溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑組成。
[0005] 所述的低軟化點玻璃是巧棚侶娃玻璃或鉛棚娃玻璃。
[0006]其中巧棚侶娃玻璃由化0、Si化、Alz化、Bz化、而0、化2〇、化〇、MgO八種成分組成，各 成分的含量為：CaO10~20wt% ;Si〇240~60wt% ;Al2〇35~15wt%化〇35~lOwt% ; K2O0. 5~3wt% ;胞2〇I~3wt% ;Li2〇0.1 ~2wt%;MgO3~5wt%。
[0007]鉛棚娃玻璃由化0、Si化、B2化、PbO、胞2〇、K2O、MgO屯種成分組成，各成分的含量 為：CaO 5~20wt% ;Si〇230~60wt%化化10~30wt%;PbO10~25wt% ;胞2〇0. 5~ 3wt% ;K20 0. 5~3wt%;MgO0. 5~Iwt%。
[000引有機(jī)流延體系由9-10. 5wt%粘結(jié)劑、78~82wt%溶劑、4-4. 5wt%分散劑、 5-7wt%增塑劑組成。所述的粘結(jié)劑是聚乙締醇縮下醒，所述的溶劑是乙醇與甲乙酬的混合 物，其中乙醇占有機(jī)流延體系的48~55wt%;甲乙酬占有機(jī)流延體系的25~30wt%;所述 的分散劑是緋魚油；所述的增塑劑是鄰苯二甲酸下節(jié)醋。
[0009]低介3D封裝LTCC基片材料的制備過程如下：
[0010] 步驟一、低軟化點玻璃的制備
[0011] ①巧侶棚娃玻璃主要由化0、Si化、Alz化、Bz化、而0、化2〇、Li2〇、MgO八種成分組成。 各成分的含量為：〔曰0 10~20訊1%;51〇2 40~60訊1%;412〇3 5~15訊1%化〇3 5~10訊1%; KzO0. 5 ~3wt% ;胞2〇 1 ~3wt% ;Li2〇 0. 1 ~2wt%;MgO3 ~5wt%。
[0012] ②巧鉛棚娃玻璃主要由化0、51〇2、82〇3、口60、胞2〇、1(2〇、1邑0屯種成分組成。各成分 的含量為：CaO5 ~20wt% ;Si〇230 ~60wt% 化〇310 ~30wt%;PbO10 ~25wt% ;胞2〇 0. 5 ~3wt% ;K20 0. 5 ~3wt%;MgO0. 5 ~Iwt%。
[0013] 稱取低軟化點玻璃各組份，混合8~I化得到混合粉料；將混合粉料置于銷金相蝸 內(nèi)，在1350~1500°C下保溫0. 5~化使其完全烙融后，倒入去離子水中澤冷得到透明粗玻 璃；經(jīng)漉磨機(jī)粗碎后，球磨0.化~比后，過100目篩得到中位粒徑為0. 5~4ym粉料；
[0014]步驟二、包覆a-AI2O3
[0015] (1)稱取5~IOwt%低軟化點玻璃粉與90~95wt%a-AI2O3粉末混合均勻后置 入電爐，W2~5°C/min升溫至500~800°C，保溫10~20min，隨爐冷卻后，經(jīng)球磨過篩得 到中位粒徑為2~4ym包覆a-Al2〇3的粉末；
[0016] 步驟=、流延成型得到高密度封裝基片
[0017] (1)在聚四氣乙締罐中，稱取包覆a-Al2〇3粉末和低軟化點玻璃粉料的混合粉，加 入有機(jī)流延體系，按玻璃陶瓷粉質(zhì)量百分比為1 :5加入氧化錯球，W15化/min球磨化，經(jīng) 真空除泡后流延成型，自然干燥后，得到LTCC生料帶；
[0018] (2)將LTCC生料帶，進(jìn)行裁剪、疊合、熱壓，置于娃碳棒爐內(nèi)，W2°C/min升溫至 450°C，保溫1~地后，W5~10°C/min升溫至850-880。保溫10~60min，隨爐冷卻后 取出，得到高密度封裝基片。
[0019] 得到的高密度封裝LTCC基片低損耗玻璃陶瓷材料具有W下特點：
[0020] (1)所制生料帶電路基片面積>IOOX100mm2,單層標(biāo)準(zhǔn)厚度0. 05~0. 5 + 0. 05mm 可控，基片層數(shù)> 10層，翅曲度《100ym/lOOmm;
[002。 似在900°CW下燒結(jié)，能與Au漿、Ag漿較好的共燒匹配；
[002引 做燒結(jié)瓷體介電性能er為7.O~9.0,tan5 <0.2% (0.1~1細(xì)Z)，擊穿電壓 〉1000V/Mil，絕緣電阻率lX10l2Q，x、Y軸收縮率9.0~15%、Z軸收縮率10~15%;
[0023] (4)擊穿電壓〉1000V/Mil，絕緣電阻率 1X1〇i2q;
[0024] 妨燒結(jié)瓷體的介電性能：在IOMHz下，介電常數(shù)為7. 5~8.5,介電損耗<0. 2%。
【附圖說明】
[002引圖1為實施例1所得試樣燒成后的SEM圖；
[0026] 圖2為實施例4所得試樣燒成后的SEM圖。
【具體實施方式】
[0027]W下將結(jié)合實施例具體說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0028] 實施例1-6所設(shè)及的工藝參數(shù)見表1、2、3所示，制備方法如下：
[002引步驟一、低軟化點玻璃的制備
[0030] 按照表1所示的稱取低軟化點玻璃各組份，混合1化得到混合粉料；將混合后粉料 置于銷金相蝸內(nèi)，在1500°C下保溫Ih使其完全烙融后，倒入去離子水中澤冷得到透明粗玻 璃；經(jīng)漉磨機(jī)粗碎，采用轉(zhuǎn)速為5(K)r/min的快速磨，球磨Ih后，烘干，過100目篩得到平均 粒徑為0. 5~4ym粉料；為試驗用低軟化點玻璃粉料。
[0031]表1本發(fā)明實施例中各低軟化玻璃各組分含量（單位Wt% )
[0034] 按照實施例1的含量，采用表2的工藝參數(shù)進(jìn)行實驗
[0035]表2
[0036]
[0037]步驟二、包覆a-AI2O3
[003引將a-Al203粉末與低軟化點玻璃粉混合均勻。將混合粉體置入電爐，W2~5°C/ min升溫至500~800°C，保溫10~20min，隨爐冷卻后，得到預(yù)燒后的包覆a-AI2O3陶瓷； 經(jīng)球磨烘干后，過篩得到平均粒徑為1~4ym包覆a-Al203粉末。
[0039] 步驟S、流延成型得到LTCC生料帶
[0040] (1)參照表3,在聚四氣乙締罐中，稱取包覆a-Al2〇3粉末和低軟化點玻璃粉料的 混合粉，加入有機(jī)流延體系，按玻璃陶瓷粉質(zhì)量百分比為1 :5加入氧化錯球，W15化/min球 磨化，經(jīng)真空除泡后流延成型，自然干燥后，得到本發(fā)明所需的LTCC生料帶；
[0041] (2)將LTCC生料帶，進(jìn)行裁剪、疊合、等靜壓下（IOOMPa)壓制成型，置于娃碳棒爐 內(nèi)，W2°C/min升溫至450。保溫1~地W保證試樣中的有機(jī)物充分排除，W5~10°C/ min升溫至850-880°C，保溫10~60min，隨爐冷卻后取出，得到高密度封裝基片。
[0042] 對試樣斷面SEM圖譜如圖1、2所示，可W看出燒結(jié)后的樣品斷面致密。對燒結(jié)體 的性能測試如表4所示。
[0043]表3生料帶各組分的含量（Wt% )
[0045]表4玻璃陶瓷材料燒結(jié)性能
【主權(quán)項】
1. 3D封裝LTCC基片材料，其特征在于，是由無機(jī)玻璃陶瓷料和有機(jī)流延體系組成； 其中無機(jī)玻璃陶瓷料由包覆α-A1203和低軟化點玻璃組成； 低軟化點玻璃是鈣硼鋁硅玻璃或鉛硼硅玻璃； 有機(jī)流延體系由溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D封裝LTCC基片材料，其特征在于，鈣硼鋁硅玻璃由CaO、 Si02、A1 203、B203、K20、Na 20、Li20、MgO組成，各成分的含量為：CaO 10 ~20wt% ;Si0240 ~ 60wt% ;A12035 ~15wt% ;B2035 ~10wt% ;K20 0· 5 ~3wt% ;Na20 1 ~3wt% ;Li20 0· 1 ~ 2wt%;MgO3 ~5wt%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D封裝LTCC基片材料，其特征在于，鉛硼硅玻璃由CaO、 Si02、B203、PbO、Na20、K20、MgO組成，各成分的含量為：CaO5 ~20wt% ;Si0230 ~60wt% ; B20310 ~30wt%;PbO10 ~25wt% ;Na200. 5 ~3wt% ;K20 0· 5 ~3wt%;MgO0· 5~lwt%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D封裝LTCC基片材料，其特征在于，有機(jī)流延體系由 9-10. 5wt%粘結(jié)劑、78~82wt%溶劑、4-4. 5wt%分散劑、5-7wt%增塑劑組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的3D封裝LTCC基片材料，其特征在于，所述的粘結(jié)劑是聚乙烯 醇縮丁醛，所述的溶劑是乙醇與甲乙酮的混合物，其中乙醇占有機(jī)流延體系的48~55wt%; 甲乙酮占有機(jī)流延體系的25~30wt%;所述的分散劑是鯡魚油；所述的增塑劑是鄰苯二甲 酸丁芐酯。6. 權(quán)利要求1所述的低介3D封裝LTCC基片材料的制備過程如下： 步驟一、低軟化點玻璃的制備 稱取低軟化點玻璃各組份，混合8~12h得到混合粉料；將混合粉料置于鉑金坩堝內(nèi)， 在1350~1500°C下保溫0. 5~2h使其完全熔融后，倒入去離子水中淬冷得到透明粗玻璃； 經(jīng)輥磨機(jī)粗碎后，球磨0. 5h~lh后，過100目篩得到中位粒徑為0. 5~4μm粉料； 步驟二、包覆α-Α1203 (1)稱取5~10wt%低軟化點玻璃粉與90~95wt%α-Α1203粉末混合均勻后置入電 爐，以2~5°C/min升溫至500~800°C，保溫10~20min，隨爐冷卻后，經(jīng)球磨過篩得到中 位粒徑為2~4μm包覆α-A1203的粉末； 步驟三、流延成型得到高密度封裝基片 (1) 在聚四氟乙烯罐中，稱取包覆α-Α1203粉末和低軟化點玻璃粉料的混合粉，加入有 機(jī)流延體系，按玻璃陶瓷粉質(zhì)量百分比為1 :5加入氧化鋯球，以150r/min球磨8h，經(jīng)真空 除泡后流延成型，自然干燥后，得到LTCC生料帶； (2) 將LTCC生料帶，進(jìn)行裁剪、疊合、熱壓，置于硅碳棒爐內(nèi)，以2°C/min升溫至450°C， 保溫1~4h后，以5~10°C/min升溫至850-880°C，保溫10~60min，隨爐冷卻后取出，得 到高密度封裝基片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及3D封裝LTCC基片材料及其制備方法，該基片材料是由無機(jī)玻璃陶瓷料和有機(jī)流延體系組成；無機(jī)玻璃陶瓷料由包覆α-Al2O3和低軟化點玻璃組成；低軟化點玻璃是鈣硼鋁硅玻璃或鉛硼硅玻璃；有機(jī)流延體系由溶劑、分散劑、粘結(jié)劑和增塑劑組成。制備方法是：首先制備低軟化點玻璃；然后將低軟化點玻璃粉包覆α-Al2O3提高界面潤濕力；最后將包覆α-Al2O3粉末和低軟化點玻璃粉料的混合粉，加入有機(jī)流延體系流延成型得到高密度封裝基片。該材料可用于低溫共燒陶瓷系統(tǒng)、微波天線、濾波器件等領(lǐng)域。
【IPC分類】C03C10/00
【公開號】CN105271758
【申請?zhí)枴緾N201510604734
【發(fā)明人】邵輝, 楊天鵬, 陳洪, 莊再晨, 楊廣廈, 張學(xué)勇
【申請人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月21日