電子元器件封裝材料用陶瓷粉及其生產方法技術

該發明專利技術屬于電子元器件封裝材料生產用陶瓷粉及其生產方法。陶瓷粉中包括：35-85wt%的含BaO、B2O3、SiO2、Al2O3以及MgO、CaO、SrO、ZnO、ZrO2、TiO2中部分氧化物在內的復合氧化物和15-65wt%的石英粉、著色劑；其生產方法包括：復合氧化物的制備，配制陶瓷粉原料、球磨混合及干燥處理。該發明專利技術采用復合氧化物＋石英或復合氧化物＋石英+著色劑，并對復合氧化物進行燒結后再與石英粉混合、制得封裝材料用陶瓷粉；因而具有工藝簡單、效率高，能耗及生產成本低，可進行工業化大批量生產等特點。采用該發明專利技術制得的陶瓷粉通過常規方法在800-1000℃溫度下燒結即可生產出熱膨脹系數為10-20×10-6/℃，綜合性能優良、可靠的電子元器件封裝材料及芯片用基板。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電子陶瓷材料
中用于生產電子元器件封裝材料的陶瓷粉及該陶瓷粉的生產方法；特別是一種可用于生產熱膨脹系數(TCE)為10_20X10_6/°C的電子封裝材料的陶瓷粉及生產方法。該陶瓷粉不但可生產用于集成電路芯片、特別是球柵陣列(BGA)等電子元器件的封裝材料，還可用于制作芯片基板。
技術介紹
隨著電子設備不斷的輕薄小型化、多功能化、高性能低成本化，其核心的集成電路(IC)在芯片尺寸、集成規模、封裝密度、信號頻率等方面不斷提高，對微電子封裝技術這一關鍵環節提出了更高的要求。大規模集成電路(LSI)的飛速發展促使陣列式的芯片封裝形式出現并逐漸成為主流，其典型如球柵陣列(BGA)、柵格陣列(LGA)。封裝材料作為是封裝技術的重要組成，為芯片提供電連接、保護、支撐、散熱、組裝等功效。其中的陶瓷封裝材料 以其優良的電學、機械、熱學及工藝特性，滿足高頻、數字、射頻和微波器件的單芯片封裝或多芯片組裝的技術要求，在各類電子設備中得到了廣泛應用。傳統的氧化鋁陶瓷材料存在燒結溫度高1500-1900°C，Mo、W金屬布線電阻大，介電常數偏大等缺點，尤其是熱膨脹系數(TCE) 6-8X10—6/°C與印制電路板(PCB)的11-18X 10_6/°C存在嚴重不匹配，在使用過程中易斷裂失效，因而BGA封裝芯片存在可靠性等弊病。近年來，迅速發展的低溫共燒陶瓷(LTCC)具有低介電常數，且能夠在900°C左右與低電阻率金屬Au、Ag、Cu等共燒，解決了高頻高速化、布線微細化等問題。但是，現有的低溫共燒陶瓷材料產品，仍存在熱膨脹系數普遍較低的弊端、如Feiro公司A6型TCE ^ 7. OXlO-6/ °C, DuPont 公司 951 型 TCE ^ 5· 8X 1(T6/ °C，Heraeus 公司 CT700 型TCE ^ 6. 7X1(T6/°C。為克服低溫共燒陶瓷(LTCC)存在的熱膨脹系數普遍較低的弊端，在專利號為CN03130760. 4、專利技術名稱為“高熱膨脹玻璃和帶子組合物”的專利文件中公開一種含堿金屬的硼硅酸鎂玻璃，該硼硅酸鎂玻璃包括10-25% SiO2,10-25% B203>5-10% BaO,40-65% MgO,O. 5-3% Zr02、0. 3-3% P2O5和O. 2-5% M2O,其中M選自堿金屬Li、Na和K及其混合物(以摩爾百分比計)；陶瓷填料為A1203、ZrO2、TiO2、BaTiO3及其混合物；著色劑選自Cu20、Fe2O3及其混合物；可流延介電組合物，包括50-90%玻璃、10-50%陶瓷填料和O. 2-3%著色劑(以重量百分比計)分散在有機聚合物粘合劑和揮發性有機溶劑組成的溶液中。上述玻璃由傳統玻璃工藝制備，先稱量配料、按比例混合，在熔爐中加熱到1400-1600°C、在鉬金坩堝中形成熔體并完全成為均勻的液體，然后將玻璃熔體淬冷軋制成玻璃板、再經研磨得到1-5 μ m的玻璃粉。該玻璃的TCE > 9X10_7°C(25-300°C)。上述流延帶子組合物可用來制作BGA用途的多層電路；類似的專利還有美國的US 6835682。此類硼硅酸鎂玻璃雖然具有較高的熱膨脹系數(TCE)，但卻存在組分中采用價格昂貴的Li2O不但提高了成本、且Li屬稀有物質，堿金屬氧化物的存在使微電子器件在長期使用、尤其是高溫環境下使用一價堿金屬離子會產生電遷移、增加封裝介質的電導，降低產品的可靠性；而采用傳統玻璃工藝在1400-1600°C溫度下長達5小時的熔融，不但能耗高、且對耐火材料性能的要求也高，成分中的易揮發物質在熔融過程中的損耗也難以控制，此外采用玻璃熔體淬冷軋制成玻璃板，玻璃的硬度高、研磨難度大。因而，上述硼硅酸鎂玻璃存在熔制溫度及對熔制設備的性能要求高、能耗高，生產工藝復雜，生產成本高，而所得制品性能的穩定性差、其熱膨脹系數(TCE)仍難與印制電路板(PCB)的11-18X 10_6/°C匹配，且不適合工業化大批量生產等弊病。在公告號為CN101421199B、專利技術名稱為“高熱膨脹環硅酸鹽玻璃一陶瓷”的專利文件中公開一種其組份包含 30-55% SiO2,5-40% CaO,0-50% BaO,O. 1-10% Al2O3 和 0-40%SrO (CaO+BaO+SrO = 35-65%), >0-15% MgO 和 >0-10% ZnO 中至少一種，>0-10% 的至少一種過渡金屬或稀土金屬的氧化物(以重量百分比計)的硅酸鹽玻璃一陶瓷。該玻璃陶瓷也是采用傳統玻璃工藝制備，采用鉬坩堝在1450-1650°C溫度下熔制2-5小時，其主晶相具有環硅酸鹽結構，TCE = 8. 5-11. 5X10_6/°C，該高熱膨脹環硅酸鹽玻璃一陶瓷僅用作金屬對金屬、金屬對陶瓷和陶瓷對陶瓷的密封劑，以及金屬和陶瓷的高性能涂層，而不宜用作電子元器件的封裝及基板材料；而且該硅酸鹽玻璃一陶瓷采用采用傳統玻璃工藝、熔制溫度高達1450-1650°C，且以雜質含量較高原礦粉及稀土金屬氧化物作為一部分原料，因而仍存在能耗高、生產成本高，制品性能差，且不適合工業化大批量生產等弊病。·
技術實現思路
本專利技術的目的是針對
技術介紹
存在的弊病，研究一種，在簡化生產工藝的基礎上，降低燒結溫度、能耗及生產成本，提高陶瓷粉的性能及粉體形貌的均勻性；以達到生產工藝簡單、效率高，能耗及生產成本低，可進行工業化大批量生產，以及為后續生產綜合性能優良的電子封裝及基板用熱膨脹系數(TCE)為10-20X 10_6/°C的陶瓷粉原料等目的。本專利技術的解決方案是針對
技術介紹
存在的缺陷，采用含BaO、B2O3> SiO2, Al2O3或BaO, B2O3> SiO2, Al2O3以及MgO、CaO、SrO, ZnO, ZrO2, TiO2中部份或全部成份按比例濕磨混合、燒結、研磨制成復合氧化物，然后再將該復合氧化物與石英粉按比例濕磨混合、干燥及篩分處理，即得封裝材料用陶瓷粉(白色)；當需生產帶色陶瓷粉時，再以復合氧化物原料的總重量為準按比例加入著色劑后再經濕磨混合、燒結、研磨制成相應顏色的復合氧化物，或以復合氧化物與石英粉的總重量為準按比例加入著色劑后、再經濕磨混合、干燥及過篩處理直接制成相應顏色的陶瓷粉；本專利技術采用復合氧化物作主成份，可使制得的陶瓷粉在后續生產電子封裝材料及芯片用基板中既可降低其燒結溫度并促進石英晶相生長、又可提高其抗彎強度；在主成份中加入石英粉既可提高材料的熱膨脹系數、以解決BGA封裝芯片與PCB板熱膨脹系數相匹配的問題，還可通過石英誘導玻璃相析晶而有利于燒結成瓷，此外、調節石英粉的用量還可調節材料高熱膨脹系數，擴大其適用范圍；本專利技術即以此實現其專利技術目的。因此，本發電子元器件封裝材料用陶瓷粉中包括重量百分比為35-85wt%的含BaO、B203、Si02、Al2O3在內的復合氧化物及15_65wt%的石英粉；復合氧化物以重量百分計BaO 為 15-65wt%、B203 為 5_25wt%、SiO2 為 20_65wt%、Al2O3 為 l_15wt%。上述復合氧化物中還含有不超過所配(制)復合氧化物總量25wt%的包括MgO、CaO、SrO, ZnO, ZrO2, TiO2在內本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電子元器件封裝材料用陶瓷粉，其特征在于陶瓷粉中包括重量百分比為35？85wt%的含BaO、B2O3、SiO2、Al2O3在內的復合氧化物及15？65wt%的石英粉；復合氧化物以重量百分計：BaO為15？65wt%、B2O3為5？25wt%、SiO2為20？65wt%、Al2O3為1？15wt%。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李波，張樹人，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：