CN107311666A - 低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，包括以下步骤：制备陶瓷坯片；将陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘；获得烧结中间过渡体；将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，获得低温共烧陶瓷基板。相对现有技术，本发明氮化铝、氮化硼、氧化铍的复合，降低了成本，保持了散热性能；添加石墨烯纳米颗粒，有利于提高热传递，也提高了陶瓷基板的致密度；羟甲基纤维素优化了陶瓷基板的物化性能。

Description

低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法。
背景技术
低温共烧陶瓷(LTCC)(Low Temperature Co-fired Ceramic)技术自上世纪八十年代首次开发应用以来，凭借其小型化、高密度、高集成度、高可靠性等优势广泛应用于无线通讯、汽车电子、计算机、机载通信导航、雷达、卫星等领域。在众多的电路基板中，LTCC不仅具有陶瓷类优良的高频、高强度、耐高温耐高湿等特性，但是现有技术中申请号为201610473225.8的《一种超薄型低温共烧陶瓷基板的快速成型与烧结方法》，由于其厚度薄、共成型层数少，其烧结时对环境的差异性更加敏感，对温度、气流量等的要求更加苛刻，选取材料易导致制成的陶瓷基板散热效果不佳，致密性差，影响使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，所要解决的技术问题是：选取材料易导致制成的陶瓷基板散热效果不佳，致密性差，影响使用寿命。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，包括以下步骤：
步骤S1.按重量份数计，取氮化铝50～64份、氮化硼30～40份、氧化铍10～20份、氧化铝30～40份、烧结助剂15～20份、石墨烯纳米颗粒2～4份、氟化钙5～15份、羟甲基纤维素3～6份、去离子水15～20份、硅粉5～10份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份研磨成浆料，再通过流延的方法制得陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度控制在0.300mm以下；
步骤S2.将3-4片陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压，获得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；
步骤S3.将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘；获得烧结中间过渡体；
步骤S4.将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
本发明的有益效果是：氮化铝、氮化硼、氧化铍的复合，综合降低了成本，保持了优良的散热性能；添加石墨烯纳米颗粒，有利于提高热传递，同时也提高了陶瓷基板的致密度；羟甲基纤维素优化了陶瓷基板的物化性能。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤S1中取氮化铝50～64份、氮化硼30～40份、氧化铍10～20份、氧化铝30～40份、烧结助剂15～20份、石墨烯纳米颗粒2～4份、氟化钙5～15份、羟甲基纤维素3～6份、去离子水15～20份、硅粉5～10份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份进行混合，进行湿法球磨，球磨2～4小时，制成可凝胶陶瓷浆料，再进行真空搅拌除泡；将除泡后的陶瓷浆料再通过流延的方法制得陶瓷坯片。
采用上述进一步方案的有益效果是：制备陶瓷坯片的工艺简单，利于产业化。
进一步，步骤S1中的烧结助剂，按重量份数计，原料由氧化硅7份、氧化钙1份、氧化镁0.5份、氧化铝0.5份、五氧化二磷0.5份和碳酸锂0.5份组成，将上述原料进行混料和研磨，研磨后置于坩埚中，在1643～1720℃的温度下保温2～3h熔融，再倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒；将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨得烧结助剂。
采用上述进一步方案的有益效果是：氧化硅、氧化钙、氧化镁、氧化铝、五氧化二磷和碳酸锂构成的烧结助剂，能够与主成分材料形成特殊晶体，继而对于陶瓷基板的成瓷性能也会大大增强。
进一步，步骤S1中的烧结助剂的粒径小于0.5μm。
进一步，步骤S3中，将待烧陶瓷生坯组进行两步排胶去粘，具体为第一步排胶去粘的烧制温度为245～260℃，时间12～19min；第二步排胶去粘的烧制温度为440～460℃，时间12～19min；两步排胶去粘的升温速率均为3～4℃/min、气流量均为110～130NL/min。
采用上述进一步方案的有益效果是：排胶去粘的工艺简单，排胶效果好，利于产业化。
进一步，步骤S4中，冷却降温过程中，当温度低于630℃后，使用鼓风机辅助降温；当温度低于120℃后，取出烧结物，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
采用上述进一步方案的有益效果是：低温共烧陶瓷基板的降温工艺简单，排胶效果好，利于产业化。
附图说明
图1为本发明低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
如图1所示，低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，包括以下步骤：
步骤S1.按重量份数计，取氮化铝64份、氮化硼30份、氧化铍10份、氧化铝30份、烧结助剂15份、石墨烯纳米颗粒2份、氟化钙5份、羟甲基纤维素3份、去离子水15份、硅粉5份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份进行湿法球磨，球磨2小时，制成可凝胶陶瓷浆料，再进行真空搅拌除泡；将除泡后的陶瓷浆料再通过流延的方法制得陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度控制在0.300mm以下；
步骤S2.将3片陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压，获得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；
步骤S3.将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘，第一步排胶去粘的烧制温度为245℃，时间19min；第二步排胶去粘的烧制温度为440℃，时间19min；两步排胶去粘的升温速率均为3℃/min、气流量均为110NL/min；获得烧结中间过渡体；
步骤S4.将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，当温度低于630℃后，使用鼓风机辅助降温；当温度低于120℃后，取出烧结物，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂，按重量份数计，原料由氧化硅7份、氧化钙1份、氧化镁0.5份、氧化铝0.5份、五氧化二磷0.5份和碳酸锂0.5份组成，将上述原料进行混料和研磨，研磨后置于坩埚中，在1643℃的温度下保温3h熔融，再倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒；将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨得烧结助剂。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂的粒径小于0.5μm。
本实施例中氮化铝、氮化硼、氧化铍的复合，综合降低了成本，保持了优良的散热性能；添加石墨烯纳米颗粒，有利于提高热传递，同时也提高了陶瓷基板的致密度；羟甲基纤维素优化了陶瓷基板的物化性能。
实施例2：
如图1所示，低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，包括以下步骤：
步骤S1.按重量份数计，取氮化铝50份、氮化硼40份、氧化铍20份、氧化铝40份、烧结助剂20份、石墨烯纳米颗粒4份、氟化钙15份、羟甲基纤维素6份、去离子水20份、硅粉10份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份进行湿法球磨，球磨4小时，制成可凝胶陶瓷浆料，再进行真空搅拌除泡；将除泡后的陶瓷浆料再通过流延的方法制得陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度控制在0.300mm以下；
步骤S2.将4片陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压，获得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；
步骤S3.将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘，第一步排胶去粘的烧制温度为260℃，时间12min；第二步排胶去粘的烧制温度为460℃，时间12min；两步排胶去粘的升温速率均为4℃/min、气流量均为130NL/min；获得烧结中间过渡体；
步骤S4.将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，当温度低于630℃后，使用鼓风机辅助降温；当温度低于120℃后，取出烧结物，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂，按重量份数计，原料由氧化硅7份、氧化钙1份、氧化镁0.5份、氧化铝0.5份、五氧化二磷0.5份和碳酸锂0.5份组成，将上述原料进行混料和研磨，研磨后置于坩埚中，在1643～1720℃的温度下保温2～3h熔融，再倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒；将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨得烧结助剂。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂的粒径小于0.5μm。
本实施例中氮化铝、氮化硼、氧化铍的复合，综合降低了成本，保持了优良的散热性能；添加石墨烯纳米颗粒，有利于提高热传递，同时也提高了陶瓷基板的致密度；羟甲基纤维素优化了陶瓷基板的物化性能。
实施例3：
如图1所示，低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，包括以下步骤：
步骤S1.按重量份数计，取氮化铝57份、氮化硼35份、氧化铍15份、氧化铝35份、烧结助剂18份、石墨烯纳米颗粒3份、氟化钙10份、羟甲基纤维素5份、去离子水17份、硅粉8份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份进行湿法球磨，球磨3小时，制成可凝胶陶瓷浆料，再进行真空搅拌除泡；将除泡后的陶瓷浆料再通过流延的方法制得陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度控制在0.300mm以下；
步骤S2.将3-4片陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压，获得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；
步骤S3.将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘，第一步排胶去粘的烧制温度为253℃，时间15min；第二步排胶去粘的烧制温度为450℃，时间15min；两步排胶去粘的升温速率均为4℃/min、气流量均为120NL/min；获得烧结中间过渡体；
步骤S4.将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，当温度低于630℃后，使用鼓风机辅助降温；当温度低于120℃后，取出烧结物，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂，按重量份数计，原料由氧化硅7份、氧化钙1份、氧化镁0.5份、氧化铝0.5份、五氧化二磷0.5份和碳酸锂0.5份组成，将上述原料进行混料和研磨，研磨后置于坩埚中，在1643～1720℃的温度下保温2～3h熔融，再倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒；将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨得烧结助剂。
上述实施例中，步骤S1中的烧结助剂的粒径小于0.5μm。
本实施例中氮化铝、氮化硼、氧化铍的复合，综合降低了成本，保持了优良的散热性能；添加石墨烯纳米颗粒，有利于提高热传递，同时也提高了陶瓷基板的致密度；羟甲基纤维素优化了陶瓷基板的物化性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.按重量份数计，取氮化铝50～64份、氮化硼30～40份、氧化铍10～20份、氧化铝30～40份、烧结助剂15～20份、石墨烯纳米颗粒2～4份、氟化钙5～15份、羟甲基纤维素3～6份、去离子水15～20份、硅粉5～10份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份研磨成浆料，再通过流延的方法制得陶瓷坯片，陶瓷坯片的厚度控制在0.300mm以下；
步骤S2.将3-4片陶瓷坯片进行堆叠真空包装层压，获得陶瓷生坯组；对陶瓷生坯组进行冲孔、用银浆填孔，在陶瓷生坯组的顶面和底面分别用银浆印刷电路图形，获得待烧陶瓷生坯组；
步骤S3.将待烧陶瓷生坯组放入排胶炉中进行两步排胶去粘；获得烧结中间过渡体；
步骤S4.将烧结中间过渡体升温至陶瓷生坯烧结温度，并保温直至获得致密的陶瓷基板；然后冷却降温，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
2.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于：步骤S1中取氮化铝50～64份、氮化硼30～40份、氧化铍10～20份、氧化铝30～40份、烧结助剂15～20份、石墨烯纳米颗粒2～4份、氟化钙5～15份、羟甲基纤维素3～6份、去离子水15～20份、硅粉5～10份、增塑剂1份、分散剂1份、粘结剂1份进行混合，进行湿法球磨，球磨2～4小时，制成可凝胶陶瓷浆料，再进行真空搅拌除泡；将除泡后的陶瓷浆料再通过流延的方法制得陶瓷坯片。
3.根据权利要求1或2所述的低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于：步骤S1中的烧结助剂，按重量份数计，原料由氧化硅7份、氧化钙1份、氧化镁0.5份、氧化铝0.5份、五氧化二磷0.5份和碳酸锂0.5份组成，将上述原料进行混料和研磨，研磨后置于坩埚中，在1643～1720℃的温度下保温2～3h熔融，再倒入蒸馏水中淬冷，得玻璃碎粒；将玻璃碎粒烘干后破碎、研磨得烧结助剂。
4.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于：步骤S1中的烧结助剂的粒径小于0.5μm。
5.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于：步骤S3中，将待烧陶瓷生坯组进行两步排胶去粘，具体为第一步排胶去粘的烧制温度为245～260℃，时间12～19min；第二步排胶去粘的烧制温度为440～460℃，时间12～19min；两步排胶去粘的升温速率均为3～4℃/min、气流量均为110～130NL/min。
6.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷基板的成型与烧结方法，其特征在于：步骤S4中，冷却降温过程中，当温度低于630℃后，使用鼓风机辅助降温；当温度低于120℃后，取出烧结物，获得总厚度≤0.5mm的低温共烧陶瓷基板。
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