[发明专利]多元硼硅酸盐玻璃+氮化铝低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低烧结温度，低介电常数，相对高热导率的多元硼硅酸盐玻璃+氮化铝陶瓷的低温共烧复合材料及其制备方法，属于电子封装材料领域。 

背景技术

随着微电子技术的迅速发展，电子线路日益向微型化、集成化的方向发展。而电子封装技术的发展没有与之形成配套，成为制约微电子技术继续发展的瓶颈。目前，低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics，LTCC)技术普遍应用于多层芯片线路模块化设计中，它除了在成本和集成封装方面的优势外，在布线线宽和线间距、低阻抗金属化、设计的多样性及优良的高频性能等方面都显现出良好的应用前景。 

目前LTCC技术应用于电子封装材料主要有以下优点：（1）烧结温度低（＜950℃），可以用高电导率低熔融温度的金属作为导线材料。（2）良好的介电性能，低的介电常数（＜10），保证了信号的传输速度；低的介电损耗（＜10^﹣3），减小器件的损耗。（3）与半导体芯片相匹配的热膨胀系数，保证材料的热稳定性。(4)基板设计灵活。其中包括布线灵活，热膨胀系数可调，层数可变等优势。 

目前研究和应用比较广泛的LTCC材料主要有两大体系，即微晶玻璃体系和玻璃+陶瓷复合体系。前者是将特定组成的基础玻璃，经过加热煅烧过程，析出大量微晶的玻璃固体材料，材料最终的性能主要由析出晶体的种类和数量决定，该体系具有成分可调，工艺简单等优点，其缺点在于最终性质的不可预测性。后者是将具有低熔点的玻璃相与高熔点的陶瓷相复合烧结得到的复合材料，材料最终的性能由玻璃和陶瓷两者的性质共同决定。相对于微晶玻璃体系，该体系具有操作简单，性能可控，强度高等优点。 

随着微电子封装正朝着高密度，大功率的方向发展，这对基板材料的散热性能提出了更高的要求。AlN陶瓷作为一种优异的电子封装材料，具有高热导率（相当于Al₂O₃陶瓷的5～10倍），低介电常数，与硅匹配的热膨胀系数等优点。然而其烧结温度高（1800℃），低温常压下很难与其他材料烧结致密。因此，将低熔点的玻璃相与AlN陶瓷相复合，在低温下达到致密烧结，且提高复合材料的导热性能，对实现微电子产品的小型化，集成化具有重大意义。专利CN1363534A公开了一种硼硅酸铅玻璃/AlN低温共烧陶瓷材料，其可在950～1000℃下烧结致密，热导率达到11W/m·K；又专利CN101161605公开了一种硼硅酸玻璃+氮化铝陶瓷低温共烧材料，其可在750～850℃下烧结烧结致密；文献AlN/MAS微晶玻璃复合材料的热物理性能（中南大学学报，2007年12月38（6），1078-1082）中，陈国华等人制备了可在900-1000℃下烧结的低温共烧陶瓷材料；文献AlN／SiO₂-B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃低温共烧玻璃陶瓷(电子元件与材料，2008 年1月27（1），57-61)中，赵宏生等人制备了在950℃下可以很好烧结的玻璃/AlN复合材料。然而上述现有的文献报道中，虽然材料的烧结温度满足低温烧结的要求，且性能较好，但是这些体系在烧结过程中都是采用热压烧结，这大大限制了其实际中的应用。因此研究和开发可在常压下烧结致密的AlN/玻璃复合材料具有重要意义。 

发明内容

本发明目的是开发一种在常压下可实现致密烧结的玻璃和氮化铝陶瓷复合的低温共烧陶瓷材料，且所得的复合材料具有较低的介电常数和相对较高的热导率。本发明的另一目的是提供一种烧结温度低，工艺简单，成本低廉的该材料的制备方法。 

本发明的技术如下： 

一种低熔点的多元硼硅酸盐玻璃+氮化铝陶瓷粉低温共烧陶瓷材料，复合材料中玻璃相的含量为50～70wt%；其中所述的多元硼硅酸玻璃粉体是用一般玻璃熔制工艺自制，其主要成分为：CaO(15.0～20.2wt%)；BaO(25.0～28.2wt%)；B₂O₃(21.5～28.0wt%)；SiO₂(18.8～23.0wt%)；Li₂O(2.0～5.0wt%)；ZnO(2.0～5.0wt%)；Al₂O₃(1.9～5.0wt%)。所述的高熔点陶瓷相为AlN陶瓷。 

本发明提供了上述低温共烧陶瓷材料的制备方法，在氮气保护下常压烧结，具体步骤如下：