一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该材料由以下成分组成：35～75重量份的硼硅酸盐玻璃；2～5重量份的碳化硅；1～3重量份的镁橄榄石；1～3重量份的碳纳米管。与现有技术相比，本发明专利技术通过在硼硅酸盐玻璃中加入碳化硅、镁橄榄石和碳纳米管，利用相互之间的协同作用，提高了制备的低温共烧陶瓷材料的热导率，并降低了硼硅酸盐玻璃熔点。实验结果表明，本发明专利技术制备的低温共烧陶瓷材料的热膨胀系数为4.1×10-6K-1，介电常数为5.8(1MHz)，热导率为36W/mK。

【技术实现步骤摘要】
一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法
本专利技术涉及低温共烧陶瓷
，尤其涉及一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
电子基板是半导体芯片封装的载体，搭载电子元器件的支撑，构成电子电路的基盘。传统无机基板以Al2O3、AlN和SiC等为基材，在热导率以及抗弯强度方面具有优良性能。但是，传统基材的其烧结温度在1500℃以上，若采用同时共烧法，导体材料只能选择高熔点与高电阻的金属如Mo、W等，使得成本大大提高。低温共烧陶瓷(LTCC)技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件。但是，LTCC基板材料的热导率偏低，限制了其在更大功率、更高封装密度中的应用，从而提高LTCC基板材料的热导率成为低温共烧领域研究的重点和难点之一。现有技术对低温共烧陶瓷材料及其制备方法进行了广泛的报道，例如，申请号为200610022007.9的中国专利文献报道了一种低温共烧氮化铝陶瓷和堇青石基玻璃复合材料，通过将粉料加入模具中热压烧结，得到热导率最高为7.5W/mK的复合材料。美国J.H.Enloe等人报道了一种环保的基板材料，在900～1400℃下烧结得到AlN-硼硅酸盐玻璃基板材料，其热导率最高为7W/mK。但是，上述报道的基本材料的制备方法均采用氮化铝与玻璃材料复合提高材料热导率，制备得到的材料热导率较低，而且不利于大规模工业化生产。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该方法制备的硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料的热导率较高。有鉴于此，本专利技术提供了一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料，由以下成分制成：优选的，所述硼硅酸盐玻璃由重量比为(40～50)：(10～15)：(2～5)：(1～5)：(0.5～3)：(0.5～2)的SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2组成。相应的，本专利技术还提供一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：将35～75重量份硼硅酸盐玻璃粉、2～5重量份碳化硅、1～3重量份镁橄榄石和1～3重量份碳纳米管混合后加入乙醇，球磨处理后烘干，得到低温共烧陶瓷粉料；向所述低温共烧陶瓷粉料中加入溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂和润湿剂，混合均匀后流延成型，烘干后烧结，得到低温共烧陶瓷材料。优选的，所述硼硅酸盐玻璃粉按照如下方法制备：步骤a1)按SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2的重量比为(40～50)：(10～15)：(2～5)：(1～5)：(0.5～3)：(0.5～2)的配比将SiO2、H3BO3、BaCO3、硼酸铝、K2CO3、TiO2与乙醇混合，球磨处理后烘干；步骤a2)将所述步骤a1)得到的粉末在1450℃～1500℃下煅烧1～3小时后水淬，得到玻璃碎末；步骤a3)将所述玻璃碎末与去离子水混合，球磨处理后烘干，得到硼硅酸盐玻璃粉。优选的，所述步骤a1)的球磨处理时间为1～6小时。优选的，所述步骤a3)的球磨处理时间为2～5小时。优选的，所述硼硅酸盐玻璃粉的粒径为1～3μm。优选的，所述烧结步骤具体为：升温至450～500℃保温5～8小时，然后升温至650～700℃保温1～3小时。本专利技术提供了一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料及其制备方法，该材料由以下成分组成：35～75重量份的硼硅酸盐玻璃；2～5重量份的碳化硅；1～3重量份的镁橄榄石；1～3重量份的碳纳米管。其中，碳化硅陶瓷相具有抗氧化性强、耐磨性能好、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率高以及抗热震耐化学腐蚀等优良特性。以镁橄榄石作为弥散陶瓷相，可以一定程度上提高陶瓷材料的导热率。并且，本专利技术添加具有高导热率的碳纳米管，连接具有高导热率的碳化硅和镁橄榄石，形成三维立体化的网络状导热结构，进一步增强陶瓷材料的导热性能。与现有技术相比，本专利技术通过在硼硅酸盐玻璃中加入碳化硅、镁橄榄石和碳纳米管，利用相互之间的协同作用，提高了制备的低温共烧陶瓷材料的热导率，并降低了硼硅酸盐玻璃熔点。实验结果表明，本专利技术制备的低温共烧陶瓷材料的热膨胀系数为4.1×10-6K-1，介电常数为5.8(1MHz)，热导率为36W/mK。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料，由以下成分制成：其中，所述硼硅酸盐玻璃由重量比为(40～50)：(10～15)：(2～5)：(1～5)：(0.5～3)：(0.5～2)的SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2组成。作为优选方案，所述硼硅酸盐玻璃由重量比为(42～48)：(12～15)：(2～3)：(3～5)：(1～2)：(1～2)的SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2组成。在上述成分中，硼酸铝的加入减少硼硅酸盐玻璃析出石英及方石英相，抑制低温共烧陶瓷材料的介电性能及热力学性能的恶化；另外，该硼硅酸盐玻璃以ZrO2和/或TiO2为成核剂。按照本专利技术，以碳化硅为陶瓷相，该碳化硅具有抗氧化性强、耐磨性能好、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率高以及抗热震耐化学腐蚀等优良特性。本专利技术通过在硼硅酸盐玻璃中加入高热导率的SiC材料，既提高了LTCC基板材料热导率，并降低了硼硅酸盐玻璃熔点，从而实现了SiC材料的低温致密烧结，提高了制备的低温共烧陶瓷材料的热导率。并且，本专利技术还以镁橄榄石作为弥散陶瓷相，可以一定程度上提高陶瓷材料的导热率，并且具有较低的介电常数。所述镁橄榄石可以是天然的，也可以为人工合成，对此本专利技术并无特别限制。此外，本专利技术添加具有高导热率的碳纳米管，连接具有高导热率的碳化硅和镁橄榄石，形成三维立体化的网络状导热结构，进一步增强陶瓷材料的导热性能。与现有技术相比，本专利技术通过在硼硅酸盐玻璃中加入碳化硅、镁橄榄石和碳纳米管，利用相互之间的协同作用，提高了制备的低温共烧陶瓷材料的热导率，并降低了硼硅酸盐玻璃熔点。相应的，本专利技术还提供一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：将35～75重量份硼硅酸盐玻璃粉、2～5重量份碳化硅、1～3重量份镁橄榄石和1～3重量份碳纳米管混合后加入乙醇，球磨处理后烘干，得到低温共烧陶瓷粉料；向所述低温共烧陶瓷粉料中加入溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂和润湿剂，混合均匀后流延成型，烘干后烧结，得到低温共烧陶瓷材料。其中，所述硼硅酸盐玻璃粉按照如下方法制备：步骤a1)按SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2的重量比为(40～50)：(10～15)：(2～5)：(1～5)：(0.5～3)：(0.5～2)的配比将SiO2、H3BO3、BaCO3、硼酸铝、K2CO3、TiO2与乙醇混合，球磨处理后烘干；步骤a2)将所述步骤a1)得到的粉末在1450℃～1500℃下煅烧1～3小时后水淬，得到玻璃碎末；步骤a3)将所述玻璃碎末与去离子水混合，球磨处理后烘干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下成分组成：

【技术特征摘要】
1.一种硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下成分制成：所述硼硅酸盐玻璃由重量比为(40～50)：(10～15)：(2～5)：(1～5)：(0.5～3)：(0.5～2)的SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2组成。2.一种根据权利要求1所述的硼硅酸盐玻璃基低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将35～75重量份硼硅酸盐玻璃粉、2～5重量份碳化硅、1～3重量份镁橄榄石和1～3重量份碳纳米管混合后加入乙醇，球磨处理后烘干，得到低温共烧陶瓷粉料；向所述低温共烧陶瓷粉料中加入溶剂、粘结剂、增塑剂、分散剂和润湿剂，混合均匀后流延成型，烘干后烧结，得到低温共烧陶瓷材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硼硅酸盐玻璃粉按照如下方法制备：步骤a1)按SiO2、B2O3、BaO、硼酸铝、K2O和TiO2的重量比为(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈帆，
申请(专利权)人：柳州创宇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45