RU2722012C2 - Mixture for producing glass-ceramic composite material - Google Patents
Mixture for producing glass-ceramic composite material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722012C2 RU2722012C2 RU2018136502A RU2018136502A RU2722012C2 RU 2722012 C2 RU2722012 C2 RU 2722012C2 RU 2018136502 A RU2018136502 A RU 2018136502A RU 2018136502 A RU2018136502 A RU 2018136502A RU 2722012 C2 RU2722012 C2 RU 2722012C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- oxide
- ceramic
- temperature
- lanthanum
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/004—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/0028—Compositions for glass with special properties for crystal glass, e.g. lead-free crystal glass
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству стеклокерамического композиционного материала и может использоваться в электротехнической и радиотехнической промышленности, в производстве корпусов и подложек для интегральных схем и многослойных керамических плат многокристальных керамических модулей (МКМ).The invention relates to the production of glass-ceramic composite material and can be used in the electrical and radio engineering industries, in the production of cases and substrates for integrated circuits and multilayer ceramic boards of multi-chip ceramic modules (MKM).
Известен новый материал, который получил название «низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (Low Temperature Cofired Ceramic, LTCC) [1, 2]. Он используется для производства ВЧ и СВЧ-микросхем низкой и средней степени интеграции и других приборов.A new material is known, which is called “Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) [1, 2]. It is used for the production of low and medium integration RF and microwave circuits and other devices.
Наряду с существенными достоинствами технологии LTCC в ней на сегодняшний день недостаточно изучены процессы изготовления композиционного материала. Существует проблема совместимости стеклосвязки и керамической составляющей, связанной с возможными различными коэффициентами термического расширения (КТР) Учитывая вышеизложенное, задача создания материала для изготовления изделий из низкотемпературной совместно обжигаемой керамики является чрезвычайно актуальной [1, 2].Along with the significant advantages of LTCC technology, it has not yet been sufficiently studied the processes of manufacturing composite material. There is a compatibility problem between glass-bonded and ceramic components associated with various possible coefficients of thermal expansion (CTE). Given the above, the task of creating a material for the manufacture of products from low-temperature co-fired ceramics is extremely urgent [1, 2].
Основу большинства стекол в производстве металлостеклянных корпусов для полупроводниковых приборов составляет SiO2. Такие стекла называются силикатными и широко используются в металлостеклянных корпусах в качестве изоляторов (табл. 1, 2). [3] Следует учитывать, что помимо высоких диэлектрических характеристик стекла, применяемые в качестве изолятора в металлостеклянных корпусах, должны иметь согласованный с материалом, из которого изготовлены выводы и фланец, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР). В противном случае при изменении температуры в стекле могут появиться трещины, что приведет к нарушению герметичности в месте ввода выводов в основание корпуса. Учитывая то, что в качестве материала выводов и фланцев металлостеклянных корпусов обычно используют ковар, ТКЛР которого составляет 45-52⋅10-7 град-1, наиболее подходящая для металлостеклянных корпусов группа стекол - молибденовая.The basis of most glasses in the production of metal-glass cases for semiconductor devices is SiO 2 . Such glasses are called silicate and are widely used in metal-glass cases as insulators (Tables 1, 2). [3] It should be noted that in addition to the high dielectric characteristics of glass, used as an insulator in metal-glass cases, must have a temperature coefficient of linear expansion (TEC), consistent with the material from which the terminals and flange are made. Otherwise, when the temperature changes, cracks may appear in the glass, which will lead to leakage at the point of entry of the leads into the base of the case. Considering that as a material of conclusions and flanges of metal-glass cases, a carpet is usually used, the TLCR of which is 45-52⋅10 -7 deg-1, the most suitable glass group for metal-glass cases is molybdenum.
Недостатком этих стекол является наличие в их составах окислов щелочных металлов и токсичного оксида свинца, недостаточная механическая прочность и химическая стойкость. Ведь, как известно, наличие в составе низкотемпературного стеклокерамического материала оксидов щелочных металлов приводит к ухудшению его диэлектрических характеристик, а именно - повышению величины тангенса угла диэлектрических и магнитных потерь и диэлектрической проницаемости, а также снижению удельного объемного электрического сопротивления и химической стойкости [4].The disadvantage of these glasses is the presence in their compositions of oxides of alkali metals and toxic lead oxide, insufficient mechanical strength and chemical resistance. Indeed, it is known that the presence of alkali metal oxides in the low-temperature glass-ceramic material leads to a deterioration in its dielectric characteristics, namely, an increase in the tangent of the dielectric and magnetic loss angles and dielectric constant, as well as a decrease in specific volume electric resistance and chemical resistance [4].
Наиболее близким техническим решением к изобретению является шихта низкотемпературного стеклокерамического материала, содержащая низкотемпературное кристаллизующееся стекло системы СaO-B2O3-SiO2 и керамический наполнитель в виде α-глинозема, обладающий комплексом свойств: температура спекания порядка 900°С, с выдержкой 15-20 мин, прочность на изгиб порядка 150 МПа, tgδ при f=10 ГГц и Т=20°С составляет 17⋅10-4, ε при F=10 ГГц и Т=20°С ≤8, электрическая прочность >12 кВ/мм, ρv=1013-1015 Ом⋅см [5]. В пользу системы BaO-B2O3-SiO2-RO говорит и тот факт, что именно в ней получены стеклокристаллические материалы (ситаллы) [6, 7, 8], рекомендованные для использования в качестве подложек взамен керамики 22ХС. Недостатком ситаллов является то, что они кристаллизуются при высоких температурах в течение нескольких часов и по теплопроводности лишь незначительно превосходят стекла. Но, несмотря на довольно большое количество разработок композиционных материалов для подложек ГИС, все еще остаются актуальными проблемы достижения требуемых диэлектрических и термомеханических свойств.[9]The closest technical solution to the invention is a mixture of a low-temperature glass-ceramic material containing low-temperature crystallizable glass of the CaO-B 2 O 3 -SiO 2 system and a ceramic filler in the form of α-alumina, which has a set of properties: sintering temperature of about 900 ° C, with a holding time of 15- 20 min, bending strength of the order of 150 MPa, tanδ at f = 10 GHz and T = 20 ° C is 17⋅10 -4 , ε at F = 10 GHz and T = 20 ° C ≤8, electric strength> 12 kV / mm, ρ v = 10 13 -10 15 Ohm⋅cm [5]. The BaO-B 2 O 3 -SiO 2 -RO system is also supported by the fact that it is in it that glass-crystalline materials (glass materials) were obtained [6, 7, 8], recommended for use as substrates instead of 22XC ceramics. The disadvantage of glass metals is that they crystallize at high temperatures for several hours and only slightly exceed glass in thermal conductivity. But, despite a rather large number of developments of composite materials for GIS substrates, the problems of achieving the required dielectric and thermomechanical properties still remain relevant. [9]
Технической задачей изобретения, является создание шихты для получения низкотемпературного стеклокристаллического композиционного материала на основе бессвинцового стекла в качестве матрицы и алюмооксидного наполнителя, способного обеспечить стабильное приближение электроизоляционных свойств, диэлектрической проницаемости «ε», температурного коэффициента линейного расширения «ТКЛР» и механической прочности «σизг» к керамическим требованиям за счет полной ситаллизации матричного стекла с алюмооксидным наполнителем.An object of the invention is the creation of a mixture to obtain a low-temperature glass crystal composite material based on lead-free glass as a matrix and alumina filler, capable of providing a stable approximation of electrical insulation properties, dielectric constant "ε", temperature coefficient of linear expansion "TEC" and mechanical strength "σig" to ceramic requirements due to the complete crystallization of matrix glass with alumina filler.
Для достижения указанной технической задачи в заявленной шихте стеклокерамический материал содержит низкотемпературное кристаллизующееся стекло и алюмооксидную керамику при соотношении (1,4-1,0):(0,6-1,0) соответственно, а низкотемпературное кристаллизующееся стекло дополнительно содержит оксид иттрия и/или лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve the specified technical problem in the claimed mixture, the glass-ceramic material contains low-temperature crystallizable glass and alumina ceramics with a ratio of (1.4-1.0) :( 0.6-1.0), respectively, and low-temperature crystallizable glass additionally contains yttrium oxide and / or lanthanum in the following ratio of components, wt.%:
Система из этих материалов, спекаясь с корундовой керамикой, обладает хорошей смачиваемостью и растекаемостью, что чрезвычайно важно для активации процесса кристаллизации матричного стекла и обеспечения воспроизводимости искомых характеристик нового материала.A system of these materials, sintering with corundum ceramics, has good wettability and spreadability, which is extremely important for activating the crystallization process of matrix glass and ensuring reproducibility of the desired characteristics of the new material.
Общеизвестно, что ГОСТированное качество глинозема по содержанию в нем корунда (α-Al2O3) не полно, не стабильно и колеблется в пределах 90-95%. При этом форма частиц и их гранулометрический состав тем более не стабильны, что отражается на переменной длительности помола глинозема, а, следовательно, и его качестве из-за непредсказуемого намола материала футеровки и мелющих шаров. Такое положение требует стабилизации и дополнительной активации глинозема не только за счет механической активации (помола до высокодисперсного состояния), но и за счет химической активации путем дополнительного введения оксида иттрия и/или лантана. Причем путем прямой активации глинозема за счет введения этих оксидов непосредственно перед смешением с остальными компонентами матричного стекла. То есть до составления шихты стеклокристаллического матричного стекла. Активность системы Al2O3 - Y2O3/La2O3 исследовалась на составах с различным содержанием в системе оксида иттрия/лантана от 0 до 20 об.%. Наблюдаемое повышение активности может быть обусловлено растворением Y2O3/La2O3 в Al2O3 с образованием твердого раствора замещения. При этом сохраняется белый цвет образцов, характерный для твердого раствора, что бывает чрезвычайно важно для внешнего вида конечных образцов изделий (корпусов ИС и подложек для многокристальных керамических модулей).It is well known that the GOST standardized quality of alumina in terms of the content of corundum (α-Al 2 O 3 ) in it is not complete, not stable and ranges from 90-95%. Moreover, the shape of the particles and their particle size distribution are all the more unstable, which affects the variable duration of the grinding of alumina, and, consequently, its quality due to the unpredictable grinding of the lining material and grinding balls. This situation requires stabilization and additional activation of alumina not only due to mechanical activation (grinding to a finely divided state), but also due to chemical activation by the additional introduction of yttrium oxide and / or lanthanum. Moreover, by direct activation of alumina due to the introduction of these oxides immediately before mixing with the other components of the matrix glass. That is, before compiling the mixture of glass crystal matrix glass. The activity of the Al 2 O 3 - Y 2 O 3 / La 2 O 3 system was studied on compositions with different contents of yttrium / lanthanum oxide from 0 to 20 vol.%. The observed increase in activity may be due to the dissolution of Y 2 O 3 / La 2 O 3 in Al 2 O 3 with the formation of a substitutional solid solution. At the same time, the white color of the samples, characteristic of the solid solution, is preserved, which is extremely important for the appearance of the final product samples (IC cases and substrates for multi-chip ceramic modules).
Технико-экономическая эффективность использования изобретения заключается в повышении эффективности производства металлостеклянных и металлокерамических корпусов и многоуровневых керамических плат (МКП), в том числе для многокристальных модулей (МКМ), в повышении их надежности, а также в получении возможности создания принципиально новых конструктивно-технологических решений электронной компонентной базы (ЭКБ).Feasibility study of the use of the invention is to increase the production efficiency of metal-glass and ceramic-metal cases and multi-level ceramic boards (MKP), including for multi-chip modules (MKM), to increase their reliability, as well as to obtain the possibility of creating fundamentally new structural and technological solutions electronic component base (ECB).
ЛитератураLiterature
1. Юрий Непочатов, Светлана Кумачева, Юлия Швецова, (г.Новосибирск), Александр Дитц. «Разработка отечественного керамического материала для изготовления изделий по технологии LTCC». Современная электроника, №3, 2014 г. www.SOEL.RU1. Yuri Nepochatov, Svetlana Kumacheva, Julia Shvetsova, (Novosibirsk), Alexander Ditz. "Development of domestic ceramic material for the manufacture of products using LTCC technology." Modern Electronics, No.3, 2014 www.SOEL.RU
2. Роман Кондратюк «Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC). Преимущества. Технология. Материалы», Информационный бюллетень «Степень интеграции», апрель 2011, №5.2. Roman Kondratyuk “Low-temperature co-fired ceramics (LTCC). Benefits. Technology. Materials ”,“ Integration Degree ”Newsletter, April 2011, No. 5.
3. А Максимов. «Корпуса для полупроводниковых приборов. Металлостеклянные и металлокерамические», ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес 6/20103. And Maximov. “Enclosures for semiconductor devices. Metal-glass and cermet ”, ELECTRONICS: Science, Technology, Business 6/2010
4. В.Н. Батыгин, И.И. Метелкин, А.М. Решетников. «Вакуумноплотная керамика и ее спаи с металлами», М., Энергия, 1973, с. 90-91.4. V.N. Batygin, I.I. Metelkin, A.M. Reshetnikov. “Vacuum-tight ceramics and its junctions with metals”, M., Energy, 1973, p. 90-91.
5. Пат. RU №2410358 С1 «Низкотемпературный стеклокерамический материал», опубл.28.05.90.5. Pat. RU No. 2410358 C1 "Low-temperature glass-ceramic material", publ. 28.05.90.
6. Пат. №4649125 (США) «Керамический материал для диэлектриков», МКИ С03С 8/24 (НКИ 501-15), заявл. 13.04.1984, №59-75396, опубл. 10.03.87.6. Pat. No. 4649125 (USA) “Ceramic material for dielectrics”, MKI S03C 8/24 (NKI 501-15), decl. 04/13/1984, No. 59-75396, publ. 03/10/87.
7. Пат. №4540671 (США), «Керамический материал для диэлектриков», МКИ С03С 3/22 (НКИ 501-9), заявл. 15.11.1983, опубл. 15.11.83.7. Pat. No. 4540671 (USA), “Ceramic material for dielectrics”, MKI S03C 3/22 (NKI 501-9), decl. 11/15/1983, publ. 11/15/83.
8. А.с. №1237645 (СССР). «Стекло для стеклокристаллического материала», МКИ С03С 10/16, заявл. 4.04.85 г., №3835486/29-30, опубл. 15.06.86 БИ №22.8. A.S. No. 1237645 (USSR). "Glass for glass crystal material", MKI C03C 10/16, decl. 04.04.85, No. 3835486 / 29-30, publ. 06/15/86 BI No. 22.
9. В.З. Петрова, В.И. Гребенькова, М.Н. Ерохина «Композиционные материалы для подложек РЭА», Электронная промышленность, 2/95.9. V.Z. Petrova, V.I. Grebenkova, M.N. Erokhina “Composite materials for REA substrates”, Electronic industry, 2/95.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136502A RU2722012C2 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Mixture for producing glass-ceramic composite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018136502A RU2722012C2 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Mixture for producing glass-ceramic composite material |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018136502A3 RU2018136502A3 (en) | 2020-04-20 |
| RU2018136502A RU2018136502A (en) | 2020-04-20 |
| RU2722012C2 true RU2722012C2 (en) | 2020-05-25 |
Family
ID=70277595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018136502A RU2722012C2 (en) | 2018-10-17 | 2018-10-17 | Mixture for producing glass-ceramic composite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2722012C2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1237645A1 (en) * | 1985-01-04 | 1986-06-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.С.М.Кирова | Glass for glass-crystal material |
| RU2211496C1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-08-27 | Челноков Евгений Иванович | Ceramic resistor unit and its manufacturing process |
| US7490485B2 (en) * | 2002-12-27 | 2009-02-17 | Hoya Corporation | Optical glass, press-molding glass gob and optical element |
| US7687015B2 (en) * | 2004-05-06 | 2010-03-30 | Asahi Glass Company, Limited | Method for producing laminated dielectric |
| RU2410358C1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Low-temperature glass-ceramic material |
| US9366795B2 (en) * | 2013-05-14 | 2016-06-14 | Schott Ag | Illumination device with an extended useable spectrum |
| US9701576B2 (en) * | 2011-10-10 | 2017-07-11 | Schott Ag | Coated glass or glass ceramic substrate with haptic properties |
-
2018
- 2018-10-17 RU RU2018136502A patent/RU2722012C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1237645A1 (en) * | 1985-01-04 | 1986-06-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.С.М.Кирова | Glass for glass-crystal material |
| RU2211496C1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-08-27 | Челноков Евгений Иванович | Ceramic resistor unit and its manufacturing process |
| US7490485B2 (en) * | 2002-12-27 | 2009-02-17 | Hoya Corporation | Optical glass, press-molding glass gob and optical element |
| US7687015B2 (en) * | 2004-05-06 | 2010-03-30 | Asahi Glass Company, Limited | Method for producing laminated dielectric |
| RU2410358C1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (ФГУП НПП "Исток") | Low-temperature glass-ceramic material |
| US9701576B2 (en) * | 2011-10-10 | 2017-07-11 | Schott Ag | Coated glass or glass ceramic substrate with haptic properties |
| US9366795B2 (en) * | 2013-05-14 | 2016-06-14 | Schott Ag | Illumination device with an extended useable spectrum |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018136502A3 (en) | 2020-04-20 |
| RU2018136502A (en) | 2020-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5073064B2 (en) | Low temperature co-fired ceramic powder and special raw materials and their use | |
| US20200123059A1 (en) | Boron aluminum silicate mineral material, low temperature co-fired ceramic composite material, low temperature co-fired ceramic, composite substrate and preparation methods thereof | |
| TWI597249B (en) | Crystalline glass powder | |
| CN109721250B (en) | Method for preparing luminescent glass ceramic by using low-melting-point glass powder | |
| CN109608050B (en) | High-frequency low-dielectric low-loss microcrystalline glass/ceramic LTCC substrate material and preparation method thereof | |
| US4015048A (en) | Ceramic articles having cordierite coatings | |
| WO2004094338A1 (en) | Lead-free glass for forming dielectric, glass ceramics composition for forming dielectric, dielectric and method for producing laminated dielectric | |
| KR101159063B1 (en) | Low temperature co-fired ceramics with low dielectric loss for millimeter-wave application | |
| CN106699150B (en) | Low Jie C0G microwave dielectric material of a kind of low-temperature sintering and preparation method thereof | |
| CN113233773B (en) | LTCC substrate material and preparation method thereof | |
| JP2008094705A (en) | Sealing material | |
| CN112225462A (en) | Low-expansion-coefficient low-dielectric-constant microcrystalline glass powder for electronic paste and preparation method thereof | |
| RU2722012C2 (en) | Mixture for producing glass-ceramic composite material | |
| CN102898145B (en) | Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3, CaO-Al2O3-SiO2-B2O3 crystallizable glass low-temperature co-fired composite material and preparation method thereof | |
| KR101124580B1 (en) | Glass Ceramic Compositions using LCD Waste Glass | |
| KR20020068043A (en) | Color cathode ray tube and glass frit for color cathode ray tubes | |
| KR100506819B1 (en) | Dielectric Ceramic Compositions for Low Temperature Firing | |
| JPH0643258B2 (en) | Dielectric material for circuit boards | |
| CN116161869A (en) | Preparation method of microwave dielectric material | |
| CN114656155A (en) | Low-dielectric low-loss low-expansion glass material and preparation method and application thereof | |
| KR101683400B1 (en) | High-strength low temperature co-fired ceramic composition | |
| KR101038772B1 (en) | Ceramic Low-k dielectric composition with Nucleation Agent for low-temperature firing and ceramic Low-k dielectric | |
| RU2753522C1 (en) | Low temperature glass ceramic material for electronic technology | |
| KR950002232B1 (en) | Glass-ceramics for low firing temperature substrate | |
| CN114634353B (en) | Low-dielectric low-loss near-zero temperature drift low-temperature co-fired ceramic material and preparation method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201018 |