专利名称：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
技术领域：
本发明涉及一种复相玻璃陶瓷体系低温共烧陶瓷材料，属于高密度封装用功能陶瓷领域。
背景技术：
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°C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。发明内容
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。
为了解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案: 一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于由以下重量份数的原料制成: 硼硅酸盐玻璃3(Γ70，球形氧化铝占4(Γ60，流延介质8 12。
在上述技术方案的基础上，可以有以下进一步的技术方案: 所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量份数比的原料制成:B2O3 15 25、SiO2 50 70、Al2O3 10 15、Mg0 5 10、K2O 2 3、Na2O 2 3。
硼硅酸盐玻璃的平均粒径为f3um，球形氧化铝的平均粒径为3飞um。
所述的流延介质是由混合溶剂、粘结剂、增塑剂和分散剂组成，各组分占有机流延媒介总量的重量百分比为:混合溶剂75 85%，单体粘结剂3 8%，增塑剂2 6%，分散剂2 6% ； 所述的混合溶剂为乙醇、二甲苯、丙酮混合物；粘结剂为甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸混合物；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；分散剂为蓖麻油； 其中混合溶剂中各成分占溶剂总量的重量百分比分别为:乙醇30飞0%、二甲苯30 60%、丙酮10 30% ； 粘结剂中各单体占粘结剂重量百分比为:甲基丙烯酸乙酯80、0%，甲基丙烯酸5 15%。
本发明还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的制备方法，其特征在于包括以下步骤: a、按硼硅酸盐玻璃配方称取原料B203、Si02、A1203、MgO,K2O, Na2O,混合后保存12 24h ； b、将上述混合原料粉末置于钼金坩埚中，在150(Tl60(rC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°C烘箱中烘4 6h，得到平均粒径为3um的硼硅酸盐玻璃粉； d、将重量份数比为(3(Γ70):(4(Γ60)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°C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°C，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85(T90(TC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。
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。
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轴烧结收缩率均为扩11%，能在850°C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(￡1)为7 8，介质损耗(丨&1^)小于2父10-3。
图1是本发明所用的硼硅玻璃粉显微图； 图2是本发明采用的球形氧化铝粉显微图； 图3是本发明的生瓷带经过850°C烧结成瓷体的显微形貌图。
具体实施方式
实施例1 选择非球化的氧化铝粉(3飞um)作为生瓷带所含无机粉料中的陶瓷填充相，选择聚乙烯醇缩丁醛作为有机流延体系中的粘结剂，与本发明作对比:按重量份数比，分别称取 B20318kg、SiO2 65kg、Al2O3 8kg、MgO 5kg、K2O 2kg、Na2O 2kg，混合12h后，置于钼金坩埚中，在150(Tl60(rC下保温3h，倒入去离子水中，得到透明、均一的硼硅酸盐玻璃碎片。
采用刚玉对辊将所制玻璃碎片碾碎，得到平均粒径为0.5 Imm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，按料:球:水=1:3:0.8的比例球磨8h，置于120°C烘箱中烘4h，得到平均粒径为0.5^2um的硼硅酸盐玻璃粉； 将硼硅酸盐玻璃粉55kg与球形熔氧化铝粉45kg组成混合料，加入乙醇介质，按照混合料:错球:乙醇=1:2.5:1的比例球磨混合3h，置于120°C烘箱中烘4h，得到低温共烧陶瓷粉料。
参见表1，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IOh (流延浆料中的无机粉料与锆球的重量比为1:4)，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°C，干燥时间为8h ;对所制备的生瓷带进行切片、叠层后于热压机中70°C、20MPa、保压15min。
表I硼硅酸盐玻璃-氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带各组分含量I
权利要求
1.一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于由以下重量份数的原料制成: 硼硅酸盐玻璃3(Γ70，球形氧化铝占4(Γ60，流延介质8 12。
2.根据权利要求1所述的一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量份数比的原料制成:B2O3 15 25、SiO2 50 70、Al2O3 10 15、Mg0 5 10、K2O 2 3、Na2O 2 3。
3.根据权利要求1所述的一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于:硼硅酸盐玻璃的平均粒径为f3um，球形氧化铝的平均粒径为3飞um。
4.根据权利要求1所述的一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于所述的流延介质是由混合溶剂、粘结剂、增塑剂和分散剂组成，各组分占有机流延媒介总量的重量百分比为:混合溶剂75 85%，单体粘结剂3 8%，增塑剂2 6%，分散剂2 6%。
5.根据权利要求4所述的一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带，其特征在于: 所述的混合溶剂为乙醇、二甲苯、丙酮混合物；粘结剂为甲基丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸混合物；增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯；分散剂为蓖麻油； 其中混合溶剂中 各成分占溶剂总量的重量百分比分别为:乙醇30飞0%、二甲苯30 60%、丙酮10 30% ； 粘结剂中各单体占粘结剂重量百分比为:甲基丙烯酸乙酯80、0%，甲基丙烯酸5 15%。
6.一种硼硅酸盐玻璃及球形氧化铝低温共烧陶瓷生瓷带的制备方法，其特征在于包括以下步骤: a、按硼硅酸盐玻璃配方称取原料B203、Si02、A1203、MgO,K2O, Na2O,混合后保存12 24h ； b、将上述混合原料粉末置于钼金坩埚中，在150(Tl60(rC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°C烘箱中烘4 6h，得到平均粒径为3um的硼硅酸盐玻璃粉； d、将重量份数比为(3(Γ70):(4(Γ60)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°C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°C，干燥时间为6 12h。
全文摘要
本发明公开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，该生瓷带由玻璃-陶瓷复合材料和流延介质组成，其中玻璃-陶瓷复合材料是由硼硅酸盐玻璃、球形氧化铝组成；流延介质是由混合溶剂、单体粘结剂、塑性剂和分散剂组成。本发明制备的低温共烧陶瓷生带表面平整、光滑，生带固含量可达88~92wt%，烧成收缩率为9~11%，各个方向烧结收缩率差异小，能在850℃实现与Au、Ag等低熔点金属布线共烧。本发明提供的生料带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，并有效解决了传统LTCC生瓷带烧结收缩的各向异性问题。
文档编号C03C10/00GK103145336SQ201310049370
公开日2013年6月12日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者彭寿, 王芸, 彭程, 方亮, 曹志强, 周鸣 申请人:蚌埠玻璃工业设计研究院, 中国建材国际工程集团有限公司