氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信、航空航天、汽車和電子消費(fèi)品等行業(yè)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高，對(duì)所 用電子電路和器件的尺寸、功能以及穩(wěn)定性要求越來(lái)越高。為了滿足電子電路和器件的小 型化、數(shù)字化、高可靠性、低功耗，以及關(guān)鍵電子元器件國(guó)產(chǎn)化替代等要求，氧化鋁多層高溫 共燒陶瓷技術(shù)，因其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、電熱性能優(yōu)良、布線密度高、成本低等優(yōu) 點(diǎn)，近些年來(lái)得到了迅猛發(fā)展。
[0003] 含氧化鋁92. 0~96. 0 %的陶瓷基板的燒結(jié)溫度在1400~1680°C，常規(guī)導(dǎo)電漿 料，如：Au、Ag、Pd、Pt等貴金屬的燒結(jié)溫度一般在1000°C以下，不適合用于高溫共燒，而鎢 的熔點(diǎn)高達(dá)34KTC、熱膨脹系數(shù)小，且導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好，能夠與氧化鋁基片實(shí)現(xiàn)高溫共 燒。包含金屬鎢粉、無(wú)機(jī)粘結(jié)材料和有機(jī)載體材料的導(dǎo)體漿料用于具有窄節(jié)距、細(xì)線條線路 印刷和小通孔填充的高密度封裝時(shí)，需要具備良好的流動(dòng)性、觸變性，印刷圖形邊緣清晰、 分辨率高、方塊電阻穩(wěn)定并且阻值小，與陶瓷基板的匹配性好、平整度高、附著力強(qiáng)，填孔漿 料在燒結(jié)后不突出或下陷，不會(huì)因膨脹系數(shù)差異過(guò)大而導(dǎo)致出現(xiàn)微裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種流動(dòng)性好、觸變性好、 分辨率高的氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料及其制備方法，以便有效地將其應(yīng)用于氧化鋁陶 瓷帶上的通孔填充和功能圖形印制，以及制造多層高溫共燒陶瓷器件和其它多層互聯(lián)陶瓷 電子電路。
[0005] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供一種氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料， 以總漿料的重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，所述漿料包括65. 0~95. Owt %導(dǎo)電金屬鎢粉、I. 0~15. Owt % 無(wú)機(jī)粘結(jié)相和4. 0~20.0 wt%有機(jī)介質(zhì)。其中，所述的無(wú)機(jī)粘結(jié)相包括金屬氧化物、非金屬 氧化物、硅酸鹽和金屬氧化物前驅(qū)體；所述的有機(jī)介質(zhì)是將聚合物和添加劑分散在有機(jī)溶 劑中得到，所述的聚合物為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖維素與乙基纖維素的混合物、 聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛樹(shù)脂、苯乙烯丙烯酸酯共聚物等中的任意一種或 幾種的混合物；所述的有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、 松油醇、松節(jié)油中的任意一種或幾種的混合物；所述的添加劑為texanol、DBP、大豆卵磷酯 和氫化蓖麻油中的任意一種或幾種的混合物。
[0006] 所述金屬粉其特征在于能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能的鎢粉。通常它在厚膜導(dǎo)體漿料總重量中 占65~95wt %，鎢含量越高，則電阻越低，但當(dāng)含量超過(guò)85 %時(shí)，導(dǎo)體的電阻率并不比鎢含 量低的電阻率低，這說(shuō)明鎢粉的均勻性、表面形貌、尺寸及分布對(duì)漿料的印刷性、燒結(jié)致密 性和電學(xué)性能影響很大。顆粒尺寸小則燒結(jié)時(shí)收縮大，有可能會(huì)引起產(chǎn)品彎曲，還有可能引 起金屬化與基體間結(jié)合不牢固，甚至金屬化脫落；顆粒尺寸太大則印刷圖形的邊緣可能不 整齊，得不到好的印刷效果，此外它還會(huì)降低膜層的致密度，從而導(dǎo)致電阻率上升。通常用 于制備衆(zhòng)料的媽粉的粒度應(yīng)小于10 μ m，并優(yōu)選小于5 μ m的顆粒。粒度分布太寬，厚膜在燒 成過(guò)程中內(nèi)部顆粒間燒結(jié)不均勻?qū)е履咏Y(jié)合強(qiáng)度、電阻不均勻。球狀顆粒表面光滑有利 于提高印刷性能，在一定粒度范圍內(nèi)存在一定量圓片狀、鱗片狀顆粒可以提高厚膜導(dǎo)體的 結(jié)合強(qiáng)度和電學(xué)性能。
[0007] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述金屬鎢粉的粒徑在0. 2~10. 0 μ m范圍內(nèi)，顆粒形 貌為球狀、圓片狀、鱗片狀顆粒中的一種或者多種，各組份及配比如下：
[0008] 1# 粒徑鎢粉 0· 0 ~50.0 wt %
[0009] 2# 粒徑鎢粉 100. 0 ~0· Owt %
[0010] 3# 粒徑鎢粉 0· 0 ~50.0 wt %，
[0011] 其中，所述1#粒徑鎢粉的粒徑分布為0. 2~0. 6微米，2#粒徑鎢粉的粒徑分布為 0. 8~1. 2微米，3#粒徑鎢粉的粒徑分布為2. 5~5. 0微米。
[0012] 所述無(wú)機(jī)粘結(jié)相粉體的特征在于燒結(jié)過(guò)程中可與氧化鋁基體材料或者自身內(nèi)部 顆粒與顆粒之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在基體與厚膜導(dǎo)體，以及厚膜導(dǎo)體內(nèi)部顆粒與顆粒接觸的 界面處生成化合物，如硅灰石、長(zhǎng)石、鋁硅酸鹽、鎂鋁硅酸鹽等，從而把導(dǎo)電厚膜中的金屬鎢 顆粒粘附到基板上。所述的氧化物也可以是在燒結(jié)過(guò)程中由氧化物前驅(qū)體在高溫階段分解 轉(zhuǎn)化而來(lái)。由于硅灰石、長(zhǎng)石、鋁硅酸鹽等化合物的生成使得金屬化厚膜層和氧化鋁基板之 間具有很好的結(jié)合強(qiáng)度。此處的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑可以通過(guò)常規(guī)的制粉方法生產(chǎn)。
[0013] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述無(wú)機(jī)粘結(jié)相包含如下重量百分比的組分：
[0014]
[0015] 更優(yōu)選地，所述的無(wú)機(jī)粘粘結(jié)相包括如下重量百分比的組分：
[0016]
[0017] 所述有機(jī)介質(zhì)其特征在于能夠賦予漿料適于絲網(wǎng)印刷和不銹鋼掩模通孔填充，其 性質(zhì)包括：具有一定的流動(dòng)性和觸變性、對(duì)基板材料良好的潤(rùn)濕性、排膠前使厚膜導(dǎo)體材 料具有較好的強(qiáng)度、干燥速度快，排膠和燒結(jié)后殘留物少等。有機(jī)介質(zhì)的制備方法是將聚 合物和添加劑分散在有機(jī)溶劑中得到，其中聚合物可以為甲基纖維素、乙基纖維素、甲基纖 維素與乙基纖維素的混合物、聚乙烯醇、聚乙烯酸酯、聚丙烯酸酯、酚醛樹(shù)脂、苯乙烯丙烯酸 酯共聚物等中的任意一種或幾種的混合物；有機(jī)溶劑可以為甲醇、乙醇、丙酮、甲苯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、松油醇、松節(jié)油等中的任意一種或幾種的混合物；添加劑可以是 texanol、DBP、大豆卵磷酯和氫化蓖麻油等中的任意一種或幾種的混合物。
[0018] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的有機(jī)介質(zhì)包含如下重量百分比的組分為：
[0019] 聚合物 3.0 ~30.0 wt %
[0020] 有機(jī)溶劑 96. 5 ~5. Owt %
[0021] 添加劑 0· 5 ~65. Owt %。
[0022] 更優(yōu)選地，所述的有機(jī)介質(zhì)包括如下重量百分比的組分：
[0023]
[0024]
[0025] 本發(fā)明進(jìn)一步提出了上述氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料的制備方法，包括如下工 藝步驟：
[0026] (1)無(wú)機(jī)粘結(jié)相粉體的制備：稱取配方量的無(wú)機(jī)粘結(jié)相各組份，將上述組份加入 帶磨球的球磨罐內(nèi)，在球磨罐內(nèi)加入研磨助劑，設(shè)定球磨機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率，球磨〇. 5~8. 0小 時(shí)，出料干燥并過(guò)300~500目篩；
[0027] (2)制備金屬化粉料：首先按照金屬鎢粉的配方稱取各種規(guī)格的金屬鎢粉粉料， 然后將鎢粉和無(wú)機(jī)粘結(jié)相粉體按照重量比為85~99 : 1~15加入帶磨球的球磨罐內(nèi)，同 時(shí)在球磨罐內(nèi)加入適量研磨助劑，設(shè)定球磨機(jī)的旋轉(zhuǎn)速率，球磨0. 5~8. 0小時(shí)，出料干燥 并過(guò)300~500目篩；
[0028] (3)有機(jī)介質(zhì)的制備：稱取配方量的有機(jī)介質(zhì)的各組份，將有機(jī)介質(zhì)中的液態(tài)組 份加入可加熱和攪拌的容器內(nèi)，設(shè)定加熱溫度25~150°C，攪拌速率100~1000r/min，邊 攪拌邊加入有機(jī)介質(zhì)中的固態(tài)組分，待固態(tài)組分完全溶解，出料密封保存；
[0029] (4)氧化鋁多層陶瓷金屬化鎢漿料的制備：按下述配方量分別取步驟（2)和步驟 (3)制備的金屬化粉料和有機(jī)介質(zhì)，金屬化粉料和有機(jī)介質(zhì)的混合在高速攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行，然 后將混合后的物料加入三軸研磨機(jī)，通過(guò)研磨機(jī)滾軸之間的高速剪切和擠壓作用使金屬鎢 粉料和無(wú)機(jī)粘結(jié)相粉體在有機(jī)介質(zhì)中分散形成組分均勻的漿料，其中，金屬化粉料和有機(jī) 介質(zhì)的用量比為：
[0030] 金屬化粉料70.0~95. Owt %
[0031] 有機(jī)介質(zhì) 5. 0 ~30.0 wt %。
[0032] 在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟（1)所述磨球的加載量