一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料及其制备方法。其中，无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料包括40～60wt.％的作为基体的SiO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及片式和集成无源元件
，尤其涉及一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着2nm制程硅基芯片研发成功，目前芯片的集成密度已经逼近极限，通过封装技术提升微电子组件集成度是未来的趋势。LTCC封装基板由多层印刷有电路的陶瓷层一体化低温(≤900℃)共烧形成，可以实现有源、无源元件三维立体封装，在高密度、高可靠性微电子封装领域具有广阔的应用前景。在实际应用中，LTCC封装基板需要具有优异的微波介电性能、高的机械强度、良好的导热性能、高的电阻率、较低的热膨胀系数并且与银电极兼容等特点，以保证封装基板在电子整机中具有高的品质和可靠性。陶瓷常常具有上述优异性能的一种或者几种，如熔融石英具有低的介电常数和热膨胀系数但是导热性能较差，AlN具有较高的导热系数但是介电常数偏高。玻璃/陶瓷复合材料是一种常见的LTCC基板材料，在实际应用中，可以通过改变陶瓷的类型和含量来调节基板性能。单一的陶瓷种类难以保证基板各方面性能无明显短板，使用几种陶瓷互补制备性能无明显短板的封装基板意义重大。
[0003]SiO2‑
B2O3‑
PbO玻璃基Al2O3陶瓷材料是一种常见的玻璃基陶瓷复合基板材料。现有的陶瓷促烧剂硼硅酸铅玻璃种含铅，铅对环境和人类健康十分不友好，玻璃无铅化十分有必要。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术提供一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料及其制备方法，使用多种陶瓷互补的策略弥补单一陶瓷存在的短板，进而得到性能优异的的LTCC封装基板。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]本专利技术第一方面提供一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，包括40～60wt.％的作为基体的SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃和40～60wt.％的陶瓷。
[0007]作为优选地实施方式，所述SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃由55wt.％的SiO2、17wt.％的B2O3、12wt.％的AlF3、15wt.％的SrO和1wt.％的K2CO3组成；
[0008]优选地，所述SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃的玻璃软化点为650℃。
[0009]在某些具体的实施方式中，基于无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的总质量：
[0010]作为基体的SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃的质量分数为40wt.％、45wt.％、50wt.％、55wt.％、60wt.％或它们之间的任意质量分数；
[0011]所述陶瓷的质量分数为40wt.％、45wt.％、50wt.％、55wt.％、60wt.％、或它们之间的任意质量分数。
[0012]作为优选地实施方式，所述陶瓷选自熔融石英、Al2O3陶瓷、AlN陶瓷和TiO2陶瓷中
的任意几种
[0013]作为优选地实施方式，所述陶瓷为熔融石英、Al2O3陶瓷、AlN陶瓷和TiO2陶瓷混合使用。
[0014]优选地，基于无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的总质量，所述陶瓷由质量百分比为5～25wt.％的熔融石英、质量百分比为10～30wt.％的Al2O3陶瓷、质量百分比为5～25wt.％的AlN陶瓷和质量百分比为1～3wt.％的TiO2陶瓷组成。
[0015]在本专利技术的技术方案中，熔融石英、Al2O3陶瓷、AlN陶瓷和TiO2陶瓷的含量不同时取最大值或最小值。
[0016]在某些具体的实施方式中，基于无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的总质量：
[0017]所述熔融石英的质量分数为5wt.％、7wt.％、10wt.％、12wt.％、15wt.％、17wt.％、20wt.％、22wt.％、25wt.％或它们之间的任意质量分数；
[0018]所述Al2O3陶瓷的质量分数为10wt.％、12wt.％、15wt.％、17wt.％、20wt.％、22wt.％、25wt.％、27wt.％、30wt.％或它们之间的任意质量分数；
[0019]所述AlN陶瓷的质量分数为5wt.％、7wt.％、10wt.％、12wt.％、15wt.％、17wt.％、20wt.％、22wt.％、25wt.％或它们之间的任意质量分数；
[0020]所述TiO2陶瓷的质量分数为1wt.％、2wt.％、3wt.％或它们之间的任意质量分数。
[0021]本专利技术第二方面提供上述无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0022]步骤1：按照质量配比将无铅SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃的原料混合后高温熔炼，淬冷得到玻璃渣；
[0023]步骤2：将步骤1得到的玻璃渣通过球磨破碎得到玻璃粉；
[0024]步骤3：将陶瓷经过球磨破碎后得到陶瓷粉；
[0025]步骤4：将步骤2得到的玻璃粉和步骤3得到的陶瓷粉按比例在溶剂中混匀，压滤干燥得到混合均匀的玻璃与陶瓷混合粉体；
[0026]步骤5：将步骤4得到的玻璃与陶瓷混合粉体，加入粘结剂造粒、压片、排胶烧结，即得到所述无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料。
[0027]作为优选地实施方式，步骤1中，所述高温熔炼的温度为1400～1600℃，例如1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃或它们之间的任意温度；
[0028]优选地，步骤1中，所述高温熔炼的时间为0.5～2h；
[0029]在某些具体的实施方式中，步骤1中，所述混合采用球磨；所述球磨的介质为锆球或硅球，球磨介质的直径为5～15mm；球磨的溶剂为乙醇；其中原料、乙醇与球磨介质的质量比为1：2：4；球磨的转速为500rpm，球磨混合时间为12～24h，球磨后还包括后处理，所述后处理包括压滤、干燥和过筛，其中，所述干燥为50～100℃下干燥12～24h；所述过筛为过100目筛。
[0030]作为优选地实施方式，步骤2中，所述玻璃粉的平均粒径(D50)为1.0～3.0μm；
[0031]在某些具体的实施方式中，步骤2中，所述球磨的转速为500rpm；所述球磨的时间为12h；所述球磨的介质为锆球或硅球；所述球磨的溶剂为乙醇；所述玻璃渣、乙醇与球磨介质的质量比为1：2：4；
[0032]在某些具体的实施方式中，步骤2中，所述球磨介质按照直径15mm、10mm和5mm的质
量比为1～2：1～2：2～5进行配比；
[0033]在本专利技术的技术方案中，步骤2还包括后处理操作，所述后处理包括压滤、干燥和过筛；
[0034]在某些具体的实施方式中，步骤2中，所述干燥为50～100℃下干燥12～24h；所述过筛为过200目筛；
[0035]在某些优选地实施方式中，步骤3中，所述陶瓷粉的平均粒径(D50)为1.0～2.5μm。
[0036本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，其特征在于，包括40～60wt.％的作为基体的SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃和40～60wt.％的陶瓷。2.根据权利要求1所述的无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，其特征在于，所述SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃由55wt.％的SiO2、17wt.％的B2O3、12wt.％的AlF3、15wt.％的SrO和1wt.％的K2CO3组成；优选地，所述SiO2‑
B2O3‑
AlF3‑
SrO玻璃的玻璃软化点为650℃。3.根据权利要求1所述的无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷选自熔融石英、Al2O3陶瓷、AlN陶瓷和TiO2陶瓷中的任意几种。4.根据权利要求3所述的无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷为熔融石英、Al2O3陶瓷、AlN陶瓷和TiO2陶瓷混合使用；优选地，基于无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的总质量，所述陶瓷由质量百分比为5～25wt.％的熔融石英、质量百分比为10～30wt.％的Al2O3陶瓷、质量百分比为5～25wt.％的AlN陶瓷和质量百分比为1～3wt.％的TiO2陶瓷组成。5.权利要求1
‑
4任一所述的无铅硼硅玻璃基陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：按照质量配比将无铅SiO2‑
B2O3‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大伟，颜廷楠，于淑会，孙蓉，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：