CN113035406B - 一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法 - Google Patents

一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法，其目的是减少不同金属导体连接界面反应。其组成包括I无机成分(a)10‑50wt％Au粉，80‑50wt％Ag银粉；(b)1‑10wt％Au‑Ag固溶体合金粉；(c)1‑5wt％Pt粉；(d)0.5‑5wt％无机氧化物或高粘度玻璃粉，无机氧化物为Al、Cu、Ti、Mg、Zr、Mo、Mn、Ru、Co，Y中的一种或几种混合物，II有机载体。本导体浆料用于连接LTCC基板同一层内的不同金属导体，例如金导体和银导体。

Description

一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法
技术领域
本发明涉及过渡导体浆料技术领域，具体地说，涉及一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法。
背景技术
LTCC技术(Low Temperature Cofired Ceramic,LTCC)是一种新型多层基板工艺技术，具有具有较低的介电常数、较低的介质损耗特性、高导电率的金属导体(金、银、铜等)，易于集成，设计多样、灵活及优良的高频微波性能优点，是设计和制造射频微波集成元件、模块和SIP等高密度集成子系统或系统的关键技术。LTCC技术已经成为高密度集成组件最理想的技术。随着5G技术的应用，LTCC微波无源元件(LTCC滤波器、功分器、巴伦等)、毫米波滤波器、毫米波集成天线的需求量越来越大。许多高频应用需要LTCC导体具有优良的特性，包括：理想的导电性、可焊接性、抗焊料侵蚀性能、键合性能、附着力、抗迁移性能、和长期可靠性。
对于高可靠的LTCC器件采用高可靠的金导体，增加了器件的成本。特别是在通讯等民用领域成本是重要的考虑因数之一，期望找到替代像金这样贵金属的方法。其中一个方法是采用银基导体而不是金。但银导体的可靠性相对较低，而且不能金丝键合。在需要金丝键合的地方或靠可靠地方还是需要应用金导体和金通孔。例如LTCC基板表面需要金丝键合和高的可靠性，LTCC开腔的底部需要采用高可靠的金导体。虽然可以采用过渡通孔混合导体技术，LTCC基板内部采用银通孔、银导体，表面金属层采用金导体，一定程度的降低成本。但在有空腔的LTCC基板，腔较底部需要使用高可靠金导体，而且空腔底部往往是大面积金属接地层，如果仅仅空腔底部使用金导体，其他地方使用银导体，这样存在金银导体搭接的地方，在烧结过程中会发生柯肯达尔效应，在金银导体搭接的地方产生空洞，有互连的可靠性问题。
因此LTCC基板空腔以上的LTCC基板需要使用金通孔和金导体浆料(图1)，这样大大的增加了LTCC基板的制造成本。因此希望寻找一种导体系统能够减小或消除金银连接缺陷问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
本发明的技术方案如下：
一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料包括70-90wt％无机成分和30-10wt％有机载体，无机成分包括10-50wt％Au粉，80-50wt％Ag粉；1-10wt％Au-Ag固溶体合金粉；1-5wt％Pt粉；0.5-5wt％无机氧化物或高粘度玻璃粉，其中无机氧化物为Al、Cu、Ti、Mg、Zr、Mo、Mn、Ru、Co,Y氧化物中的一种或几种混合物，有机载体包括90-96wt％有机溶剂、4-10wt％有机树脂、1-5wt％改性剂。
优选的，所述无机成分中Au粉D50为1.0-3.0um，Ag粉的D50为1.0-3.0um；Au-Ag固溶体合金粉D501.0-3um；Pt粉D500.5-1.5um。
优选的，所述高粘度玻璃粉具体为硼硅酸盐玻璃。
优选的，所述硼硅酸盐玻璃包括60-75wt％SiO2、20-30wt％B2O3、0-2wt％Al2O3、0-5wt％Na2O。
优选的，所述有机溶剂具体为醇类溶剂或酯类溶剂，且所述有机溶剂沸点高于150℃。
优选的，所述有机溶剂具体为丁基卡必醇、松油醇、十二醇、邻苯二甲酸二丁酯和丁基卡必醇醋酸酯中至少一种制备的溶剂。
优选的，所述有机树脂包括酯类树脂和纤维素类树脂，所述纤维素类树脂具体为乙基纤维素。
还包括一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：按无机金属粉体：有机载体比例为70-90wt％：30-10wt％称取原料放入搅拌设备中进行混合；混合时间为20-30分钟。
步骤二：将混合好的浆料取出，放入三辊研磨机进行分散研磨，用刮板细度计测试浆料的细度，浆料细度小于15um；
步骤三：采用筛网对浆料进行过滤，制得过渡导体浆料。
优选的，所述步骤三中筛网目数为325-400目。
(三)有益效果
本发明通过将无机成分和有机载体混合制备一种新型的过渡导体浆料，在无机成分中掺入Ag以及Au-Ag固溶体合金替代Au的使用，大大降低生产成本，并通过加入有机载体避免烧结过程中的柯肯达尔效应，提高产品的质量。
附图说明
图1为以前LTCC混合导体金属导体布线结构示意图；
图2为本使用发明过渡导体浆料的LTCC基板混合导体布线结构示意图；
图3为本发明过渡导体布线结构示意图；
图4为本发明金导体与银导体连接结构示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法，以下通过具体实施例和对比例对本发明作进一步详述。
实施例：
本发明提供一种用于一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料及其制备方法，所述的过渡导体浆料组成包括：Ⅰ无机粉体10-50wt％Au粉，80-50wt％Ag银粉；1-10wt％Au-Ag固溶体合金粉；1-5wt％Pt粉；0.5-5wt％无机氧化物或高粘度玻璃粉或两者的混合物，无机氧化物为Al、Cu、Ti、Mg、Zr、Mo、Mn、Ru、Co,Y中的一种或几种混合物，Ⅱ有机载体。
实施例中所述的金粉为D50 1-3um球形粉末，也可以使用1-5um的片状金粉；银粉为D50 1-3um球形粉末；Au-Ag固溶体合金粉为D50 1-3um球形粉末；Pt粉D500.5-1.5um。
实施例中所述的有机载体组成为：5wt％乙基纤维素，40wt％松油醇，55wt％丁基卡必醇醋酸酯；
实施例中所述的氧化物为ZrO2；
实施例中所述的高粘度玻璃组成为：72wt％SiO2、26wt％B2O3、1wt％Al2O3、1wt％Na2O。
实施例中具体的无机粉体比例为：35wt％Au粉，41wt％Ag粉，10wt％Au-Ag固溶体合金粉，10wt％Pt粉，wt1.5wtZrO2粉，2.5wt％高粘度玻璃粉。
实施例中所述的过渡导体浆料含80wt％无机粉体，20wt％有机载体。
按比例称取无机粉体和有机载体放入搅拌设备中进行混合，优选的混合时间为20-30分钟。
将混合好的浆料取出，放入三辊研磨机进行分散研磨，用刮板细度计测试浆料的细度，浆料细度最好小于20um，优选小于15um；采用筛网对浆料进行过滤；过滤筛网目数最好是325-400目。
过渡导体与金导体和银导体互连：如图2的空腔结构的LTCC基板，空腔局部放大见图3，第4层LTCC介质层是空腔的底部，为了可靠性的需要空腔底部需要采用金导体，介质层4表面往往是大面积的接地金属层，如果全部采用金导体会增加LTCC基板制造成本，本专利采用通过将介质层4上的金属导体分为三部分，空腔底部采用金导体，金导体的四周采用0.3-0.5mm宽的过渡金属导体，其他部分采用银导体。金导体和银导体通过过渡金属导体连接起来(图4)。
过渡导体浆料应用：如图2LTCC基板，有6层空腔结构，介质层5上有台阶结构，露出部分(图2中的1)是需要金丝键合区域，需要采用金导体，同时空腔底部(图2中的1)需要采用金导体增加芯片粘接的长期可靠性。空腔的底部是LTCC介质层4(die-4)，往往此层是大面积接地层。实施例将空腔底部导体采用金导体，其他部分采用银导体，中间通过过渡导体进行连接。台阶层键合区互连通孔落在过渡导体上，采用金导体通孔，与过渡导体能很好的兼容，该层其他地方采用银通孔(图2中的5)和银导体。
举例说明介质层4(die-4)和介质层5(die-5)通孔、导体印刷过程。介质层4上通孔全部采用银通孔，介质层4上导体，首先在LTCC介质层4上印刷金导体，60-80℃烘干10-15分钟，然后印刷银导体，再在60-80℃烘干10-15分钟，最后印刷过渡金属导体，60-80度烘干10-15分钟，导体的印刷顺序没有特别要求。LTCC介质层5上键合区下面的通孔和过渡金属导体相连，采用金通孔；和银导体互连的通孔采用银通孔，具体的是将LTCC介质层5上的通孔分为两个金属掩膜印刷网板，先进行金通孔的填充印刷，60-80℃烘干10-15分钟，再进行银通孔的填充印刷，印刷顺序没有特别要求。介质层上导体，首先在介质层5上印刷金导体，60-80℃烘干10-15分钟，然后印刷银导体，再在60-80℃烘干10-15分钟，导体的印刷顺序没有特别要求。LTCC介质层5上的金导体和银导体印刷采用两个网板分别印刷。所有LTCC介质层通孔填充和导体印刷完成后，进行叠层和等静压、排胶和烧结。
本发明提供了一种用于低温共烧陶瓷(LTCC)基板的过渡导体浆料及其制备方法，该过渡导体浆料能可靠的连接金导体和银导体。使得LTCC基板可以最大限度的使用银导体来代替金导体，大大的降低了LTCC基板的制造成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料，其特征在于：包括70-90wt％无机成分和30-10wt％有机载体，无机成分包括10-50wt％Au粉，80-50wt％Ag粉；1-10wt％Au-Ag固溶体合金粉；1-5wt％Pt粉；0.5-5wt％无机氧化物或高粘度玻璃粉，其中无机氧化物为Al、Cu、Ti、Mg、Zr、Mo、Mn、Ru、Co、Y氧化物中的一种或几种混合物，有机载体包括90-96wt％有机溶剂、4-10wt％有机树脂、0.1-5wt％改性剂；
所述无机成分中Au粉D50为 1.0-3.0μm，Ag粉的D50为 1.0-3.0μm；Au-Ag固溶体合金粉D50 1.0-3μm；Pt粉D50 0.5-1.5μm，所述高粘度玻璃粉具体为硼硅酸盐玻璃，所述硼硅酸盐玻璃包括60-75wt%SiO2、20-30wt%B2O3、0-2 wt%Al2O3、0-5wt%Na2O。
2.根据权利要求1的一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料，其特征在于：所述有机溶剂具体为醇类溶剂或酯类溶剂，且所述有机溶剂沸点高于150℃。
3.根据权利要求2的一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料，其特征在于：所述有机溶剂具体为丁基卡必醇、松油醇、十二醇、邻苯二甲酸二丁酯和丁基卡必醇醋酸酯中至少一种制备的溶剂。
4.根据权利要求1的一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料，其特征在于：所述有机树脂包括酯类树脂和纤维素类树脂，所述纤维素类树脂具体为乙基纤维素。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：按无机金属粉体：有机载体比例为70-90wt％∶30-10wt％称取原料放入搅拌设备中进行混合；混合时间为20-30分钟；
步骤二：将混合好的浆料取出，放入三辊研磨机进行分散研磨，用刮板细度计测试浆料的细度，浆料细度小于15μm；
步骤三：采用筛网对浆料进行过滤，制得过渡导体浆料。
6.根据权利要求5中的一种用于低温共烧陶瓷基板的过渡导体浆料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中筛网目数为325-400目。
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