專利名稱：一種多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬陶瓷材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及表面貼裝用石英晶體諧振器陶 瓷基座的材料…多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，在封裝領(lǐng)域中，陶瓷基片仍然占據(jù)重要地位。封裝技術(shù)不斷向 集成化，小型化，精密化發(fā)展，故多層布線用陶瓷基片的研究很受重視。 在高技術(shù)領(lǐng)域，像用于手機(jī)、筆記本電腦等高檔電子產(chǎn)品上的表面貼裝用
石英晶體諧振器基座，其主晶相材料為氧化鋁。采用生產(chǎn)工藝是，4層流延 生坯片經(jīng)60 12(TC、壓力為5 30MPa疊壓成一個(gè)整體，每一層生坯上印 刷鎢電極，層與層之間有導(dǎo)電通孔連接，然后整體一次燒成，燒結(jié)后瓷體 顯示黑色，厚度為lmm。缺點(diǎn)氧化鋁的燒結(jié)溫度很高，加工工藝過(guò)程要 求苛刻，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述表面貼裝用多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法中 在技術(shù)尚存在的問(wèn)題，提供一種多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法， 該方法降低了氧化鋁陶瓷的燒成溫度，并且工藝易于實(shí)現(xiàn)，同時(shí)降低了成 本。
本發(fā)明提供的多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法，其步驟包括-(l)按照下述配方及質(zhì)量百分比配制氧化鋁基粉體
3A1203 84% 91.4%, Co203 0.2% 0.6% , Mn02 2% 5%, Cr203 1% 4% , Si02 0% 6.4%, Ti02 0.5% 3%, B203 0% 4%, V205 0% 0.3%;
(2) 利用上述氧化鋁基粉體制備陶瓷漿料，其中，陶瓷漿料中氧化鋁基 粉體的質(zhì)量百分比為48% 52%;
(3) 采用流延成型法制備膜狀A(yù)1203陶瓷素坯；
(4) 在Al203陶瓷素坯上制備金屬電極，再進(jìn)行多層共燒，形成多層布 線用黑色氧化鋁基片。
本發(fā)明采用摻雜改性的方法來(lái)降低氧化鋁的燒結(jié)溫度，在粉體改性的 基礎(chǔ)上提出了一種黑色氧化鋁有機(jī)流延制備工藝，并用機(jī)械打孔法來(lái)制備 疊層基片。具體而言，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 采用固相法，向主晶相Al203粉末中加入Co， Mn， Cr， Si, Ti， B， V等 元素，對(duì)氧化鋁進(jìn)行摻雜改性，降低了氧化鋁陶瓷的燒成溫度，降低了對(duì) 設(shè)備的要求，同時(shí)降低了成本。
2) 采用有機(jī)流延成型，復(fù)合溶劑，復(fù)合增塑劑，得到均勻、穩(wěn)定、高 固相含量的漿料，提高了素坯成型質(zhì)量。使用刮刀法流延，設(shè)備簡(jiǎn)單可行， 自然干燥過(guò)程方便，干燥過(guò)程不會(huì)引起坯體的破裂，起皺，和無(wú)法脾膜的 現(xiàn)象。制得膜體致密。
3) 采用機(jī)械打孔，工序簡(jiǎn)單，方便易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為Si02的含量為4.5%時(shí)的SEM圖2為試樣的密度及氣孔率與Si02的含量的關(guān)系曲線；
圖3為sr及tgS與Si02含量的關(guān)系曲線；
圖4為B203的含量與陶瓷氣孔率的關(guān)系；
4圖5為sr及tg5與B203含量的關(guān)系曲線；
圖6為本發(fā)明中刮刀法流延成型的方法示意圖7為本發(fā)明中素坯切割示意圖8為本發(fā)明中素坯的打孔示意圖9為本發(fā)明中素坯中通孔填充示意圖IO為本發(fā)明中素坯上印刷導(dǎo)線的俯視圖11為本發(fā)命中多層布線基片疊層示意圖12為多層布線用黑色氧化鋁基片截面剖視圖中，v表示流延速度，l表示鎢金屬，la-Ic表示素坯打孔定位孔， 2a-2d表示素坯中的通孔，3a-3d表示素坯片。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法具體包括以下步驟 (1 )摻雜改性降低氧化鋁的燒結(jié)溫度來(lái)制備流延用粉體
采用固相法，向主晶相八1203粉末中加入Co， Mn, Cr, Si, Ti， B, V等元 素，其配方及質(zhì)量百分比為A1203 (84% 91.4%), Co2O3(0.2% 0.6%)， Mn02(2% 5%), Cr203(l% 4%), SiO2(0% 6.40/0)， TiO2(0.5% 3%)， B2O3(0°/。 4%), V2O5(0% 0.3%)。球磨混合均勻，造粒，預(yù)燒，測(cè)試性能。
摻雜改性使得氧化鋁基粉體比一般氧化鋁粉體燒結(jié)溫度低，燒成后瓷 體致密顯黑色。
(2)高固相含量黑色Al203有機(jī)漿料的制備
采用有機(jī)流延法先在氧化鋁基粉體中加入分散劑和溶劑進(jìn)行第一次球 磨攪拌，目標(biāo)是打開(kāi)顆粒團(tuán)聚體和濕潤(rùn)粉料。待粉料在溶劑中充分分散懸 浮后，再加入粘結(jié)劑和增塑劑進(jìn)行第二次球磨攪拌，使有機(jī)添加劑均勻分 布并有效吸附于粉粒之上，形成穩(wěn)定的流動(dòng)性良好的漿料，制備出均勻、
穩(wěn)定、高固相含量的陶瓷漿料，漿料中Al203基粉末的質(zhì)量百分比為48% 52%。
漿料中采用的溶劑為乙醇和丁酮，體積比為乙醇丁酮=34: 66，分散
劑為磷酸三丁酯，溶劑和分散劑的加入量為粉體的2% 4 %。粘結(jié)劑為質(zhì) 量分?jǐn)?shù)13% 15%的聚乙烯醇縮丁醛醇溶液，加入量為粉體質(zhì)量的30.0% 34.0%。增塑劑為臨苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇，質(zhì)量比為1: 1，增塑劑 加入量為粉體質(zhì)量的11.0% 14.0%。
(3) 采用流延成型法制備均勻致密的膜狀A(yù)1203陶瓷素坯 將制備好的漿料除泡，過(guò)濾，在干凈、光滑的玻璃板上用刮刀進(jìn)行流
延，室溫下，經(jīng)過(guò)自然干燥可成型為膜狀素坯。
(4) Wu電極制備
將流延所得膜狀素坯切割成坯片，將切割后的生坯片打孔，通孔中填
充WU電極槳料，各層生坯上印刷導(dǎo)體，定位后，熱壓疊層；熱壓溫度
78。C 84。C，壓力4.5 5.5MPa;
Wu電極漿料的制備方法為在金屬鎢粉中加入八1203基陶瓷粉末及滴
加少許有機(jī)載體，加滴加邊研磨，有機(jī)載體加入量應(yīng)使得研磨后的漿料少 量的可以扯出細(xì)小的粘絲或大量的可以扯成薄膜狀。其中，金屬鎢粉的質(zhì)
量百分比為83wt% 86wt%，八1203基陶瓷粉末的質(zhì)量百分比為12 wt% 15wt%，有機(jī)載體的質(zhì)量百分比為1 wt% 3wt%，在研缽中充分研磨最后 制成Wu電極槳料。有機(jī)載體的組成為乙基纖維素、松油醇、鄰苯二甲酸 二丁酯，其中，每lg乙基纖維素中加入19ml 21ml松油醇和2ml 5ml
鄰苯二甲酸二丁酯，水浴加熱攪拌均勻，使乙基纖維素全部溶解，制成有 機(jī)載體。
(5) 多層共燒
將所得熱壓疊層生瓷片在1310'C 133(TC進(jìn)行燒結(jié)，形成多層布線用 黑色氧化鋁基片。 實(shí)例1摻雜改性降低氧化鋁的燒結(jié)溫度來(lái)制備流延用粉體的工藝過(guò)程稱取
粉料總質(zhì)量為10g， A1203 8.69g, Co203 0.05g ， Mn02 0.37g， Cr203 0.21g, SiO20.45g, TiO20.2g， V2O50.03g。將稱得的粉體放入球磨罐中，加入酒精作 介質(zhì)進(jìn)行行星球磨，時(shí)間3h，混合均勻。然后烘干，過(guò)80目篩。加入適量 的10% PVA聚乙烯醇進(jìn)行造粒，放入壓片機(jī)中進(jìn)行壓片成型，壓力為 15MPa，然后135(TC空氣中燒結(jié)2h，得致密黑色氧化鋁陶瓷體。
Si02的含量為4.5%時(shí)的SEM圖片如圖1。可見(jiàn)晶粒細(xì)小均勻，平均晶 粒尺寸約為2.5pm，無(wú)片狀晶粒生成。對(duì)其物理和電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，得 到Si02的含量與密度和氣孔率的關(guān)系如圖2所示，&及tgS與SiCb含量的 關(guān)系如圖3所示。
實(shí)例2
同方案1相同的工藝過(guò)程，稱取粉料總質(zhì)量為10g， A1203 8.99g， Co203 0.05g ， Mn02 0.37g, Cr203 0.21g, SiO20.15g, TiO20.2g， V2O50.03g。將稱得的 粉體放入球磨罐中，加入酒精作介質(zhì)進(jìn)行行星球磨，時(shí)間3h，混合均勻。 然后烘干，過(guò)80目篩。加入適量10。/。的PVA進(jìn)行造粒，放入壓片機(jī)中進(jìn) 行壓片成型，壓力為15MPa，然后135(TC空氣中燒結(jié)2h，得致密黑色氧化 鋁陶瓷體。
Si02的含量在0.5wt°/。一6.5wt。/。范圍時(shí)，Si02的加入對(duì)黑色A1203陶瓷 瓷體顏色的影響是很小的。W(Si02)。/c^l.5X時(shí)，燒結(jié)瓷片的密度為 3.78g/cmS,氣孔率為0.12%，絕緣電阻率為2.5xl(Tacm，在頻率為10kHz 時(shí)，測(cè)得的相對(duì)介電常數(shù)Sr二13.68，介電損耗tgS-0.0226。
實(shí)例3
同方案1相同的工藝過(guò)程，稱取粉料總質(zhì)量為10g, A1203 9.0g， Co203 0.05g ， Mn02 0.37g, Cr203 0.21g, SiO20.14g, TiO20.2g, B2O30g, V2O50.03g,依次添加B203至0.05g， O.lg， 0.15g, 0.2g，同時(shí)減少^203相應(yīng)的質(zhì)量，其他 不變，總質(zhì)量保持不變。壓片成型后132(TC燒結(jié)2h，得致密黑色氧化鋁陶 瓷體。
對(duì)其物理和電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，得到的B203含量與氣孔率的關(guān)系如圖 4所示，Sr及tgS與B203含量的關(guān)系如圖5所示。
少量B203摻雜近一步降低了黑色A1203陶瓷的燒結(jié)溫度，而且對(duì)瓷體 介電性能沒(méi)有造成不利的影響。當(dāng)w(B2Cb) =2%時(shí)，燒結(jié)瓷片的密度為 3.77g/cm 氣孔率為0.17%，在頻率為10kHz時(shí)，測(cè)得相對(duì)介電常數(shù)sr= 12.05，介電損耗tgS二0.0142。
實(shí)例4
1) 低溫?zé)Y(jié)黑色Al203基粉體的制備
A1203基粉體的配方為Al203(84%)， Co2O3(0.5°/。)， Mn02(3.7°/。)， Cr203(2.1%), Si02(3.4°/。)， Ti02(2°/。), B203(4%)， V2O5(0.3%)。按確定的組分進(jìn)
行準(zhǔn)確稱量，放入球磨罐中，所用球石為瑪瑙球，料球比為l: 3，球磨介
質(zhì)為酒精，加入后液面高度為球磨罐的2/3，放入行星式球磨機(jī)中球磨3小 時(shí)。將得到的均勻懸濁液烘干，過(guò)80目篩，放入坩堝中90(TC預(yù)燒，預(yù)燒 速率200'C/h，保溫時(shí)間2小時(shí)。然后再倒入球磨罐中，相同的介質(zhì)，相同 的料球比，行星式球磨3小時(shí)，烘干，過(guò)40目篩。制備成流延用粉體。
2) 高固相含量黑色A1203有機(jī)漿料的制備
先在球磨罐中加入21.3g乙醇和丁酮的復(fù)合溶劑和0.8g磷酸三丁酯， 進(jìn)行超聲波分散15分鐘，然后加入流延用粉體40g，再超聲波分散15分鐘， 最后加入球石，料球比為l: 2，放入行星式球磨機(jī)中球磨3小時(shí)，然后加 入12.76gl4。/。質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙烯醇縮丁醛醇溶液，復(fù)合增塑劑鄰苯二甲酸 二丁酯和聚乙二醇各2.6g，再球磨3小時(shí)，得到固相含量約為50wtn/。的A1203 基有機(jī)漿料。3) 采用流延成型法制備均勻致密的膜狀A(yù)1203陶瓷素坯 將制備好的漿料倒入燒杯中，靜置一小時(shí)，用玻璃棒沿杯壁緩緩攪動(dòng)
若干圈，在靜置一小時(shí)，同樣攪拌一次，同樣操作3小時(shí)后，將漿料用100 目的篩子進(jìn)行過(guò)濾。稍置片刻即在干凈、光滑的玻璃板上用刮刀進(jìn)行流延， 室溫下，經(jīng)過(guò)24小時(shí)自然干燥可成型為膜狀素坯。流延成型方法如圖6所
4) Wu電極制備
每lg乙基纖維素中加入20ml松油醇和5滴鄰苯二甲酸二丁酯，水浴 加熱攪拌均勻，使乙基纖維素全部溶解，制成有機(jī)載體。
金屬鎢粉過(guò)400目篩，稱量2g鎢粉，再稱量0.35g流延用陶瓷粉體， 一起放入直徑8厘米研缽中，用膠頭滴管滴加有機(jī)載體，邊滴加邊研磨， 直至研磨后的漿料少量的可以扯出細(xì)小的粘絲或大量的可以扯成薄膜狀。 制成鎢粉含量大約S5vvt^的鎢電極漿，k
5) 素坯切割，疊層
將流延所得素坯用刀片切割成1.5*1.5(^12的坯片。如圖7所示。 將切割后的生坯片用0.8mm直徑的麻花鉆進(jìn)行三點(diǎn)打孔定位，然后用 0.5mm直徑的麻花鉆在邊長(zhǎng)為lcm的正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上打孔，如圖8所 示?？字杏米⑸淦髯⑷隬u電極漿料，使孔的周圍均勻印有導(dǎo)體漿料。如 圖9所示。填充完畢后，放入烘箱中烘干，采用絲網(wǎng)印刷的方法在通孔之 間印刷導(dǎo)線，俯視圖如下圖10所示。放入烘箱中烘干，精確定位后，熱壓 疊層。熱壓溫度80°C，壓力5MPa。疊層順序如圖ll所示。
6) 多層共燒
將所得熱壓疊層生瓷片在132(TC進(jìn)行燒結(jié)，60(TC以下60°C/h的速率 升溫排膠，先在空氣中排膠至38(TC，再移入氮?dú)錃夥諣t中排膠至60(TC直 至燒成。600。C-1200。C以300。C/h速率升溫，1200。C保溫lh， 1200°C-1320°C 以600/h速率升溫，132(TC保溫2.5h。形成多層布線用黑色氧化鋁基片。
9截面剖視圖如圖12所示。 實(shí)例5-10
各實(shí)例按表一中所述的配方和質(zhì)量百分比，采用如實(shí)例1至4所述的 工藝方法制備氧化鋁基片。
表一
A1203Co203Mn。2Cr203Si02Ti02B203v2o5
例590.5%0.3%3.9%2.5%0.5%1.6%0.5%0.2%
例687.05%0.35%3.0%1.0%4.8%0.5%3.0%0.3%
例789.85%0.6%3.5%1.5%2.4%1.0%1.0%0.15%
例888.0%0.25%2.2%2.4%3.4%2.0%1.5%0.25%
例985.1%0.5%2.6%2.7%4.4%2.5%2.0%0.20o/o
例1084.8%0.4%2.7%1.0%5.5%3.0%2.5%O.腦
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施 例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
10
權(quán)利要求
1、一種多層布線用黑色氧化鋁基片的制備方法，其步驟包括(1)按照下述配方及質(zhì)量百分比配制氧化鋁基粉體Al2O384％～91.4％，Co2O30.2％～0.6％，MnO22％～5％，Cr2O31％～4％，SiO20％～6.4％，TiO20.5％～3％，B2O30％～4％，V2O50％～0.3％；(2)利用上述氧化鋁基粉體制備陶瓷漿料，其中，黑瓷漿料中氧化鋁基粉體的質(zhì)量百分比為48％～52％；(3)采用流延成型法制備膜狀A(yù)l2O3陶瓷素坯；(4)在Al2O3陶瓷素坯上制備金屬電極，再進(jìn)行多層共燒，形成多層布線用黑色氧化鋁基片。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)按照下述過(guò)程制備陶瓷漿料-采用有機(jī)流延法在氧化鋁基粉體中加入分散劑和溶劑進(jìn)行第一次球磨攪拌，待粉料在溶劑中充分分散懸浮后，再加入粘結(jié)劑和增塑劑進(jìn)行第二次球磨攪拌，使粘結(jié)劑和增塑劑均勻分布并有效吸附于粉粒之上；所述溶劑為乙醇和丁酮，體積比為乙醇丁酮=34: 66，分散劑為磷酸三丁酯，溶劑和分散劑的加入量為氧化鋁基粉體質(zhì)量的2% 4°/。；粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)13% 15%的聚乙烯醇縮丁醛醇溶液，加入量為氧化鋁基粉體質(zhì)量的30.0% 34.0%;增塑劑為臨苯二甲酸二丁酯和聚乙二醇，質(zhì)量比為1: 1，增塑劑加入量為氧化鋁基粉體質(zhì)量的11.0% 14.0%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于步驟(4)中燒結(jié)溫度為131(TC 1330。C。
全文摘要
本發(fā)明為一種多層布線用黑色氧化鋁基片的材料的制備方法，即采用固相法，向主晶相Al₂O₃粉末中加入Co，Mn，Cr，Si，Ti，B，V等元素，對(duì)氧化鋁進(jìn)行摻雜改性，降低了氧化鋁陶瓷的燒成溫度，并在粉體改性的基礎(chǔ)上提出了一種黑色氧化鋁有機(jī)流延成型方法，選擇了適合氧化鋁的流延成型劑，復(fù)合溶劑，復(fù)合增塑劑。得到均勻、穩(wěn)定、高固相含量的漿料，提高了素坯成型質(zhì)量。使用刮刀法流延，設(shè)備簡(jiǎn)單可行，自然干燥過(guò)程方便，干燥過(guò)程不會(huì)引起坯體的破裂，起皺，和無(wú)法脫膜的現(xiàn)象。制得膜體致密，并用機(jī)械打孔法來(lái)制備疊層基片，得到多層布線用黑色氧化鋁基片。
文檔編號(hào)H03H3/007GK101483417SQ200910060548
公開(kāi)日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者傅邱云, 歡 劉, 周東祥, 胡云香, 俊 趙, 鄭志平, 龔樹(shù)萍 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)