本发明专利技术涉及一种可阳极键合LTCC材料及其制备方法和应用，可阳极键合LTCC材料包含：70～50 wt%的β‑LiAlSi2O6微晶玻璃和30～50 wt %的β‑Al2O3陶瓷。本发明专利技术与现有的可阳极迁移LTCC材料相比实现半导化的温度低100℃，其键合温度有望降至200℃，键合电压有望降至500 V。
Anodic bonding LTCC material and its preparation method and Application
The invention relates to an anodically bondable LTCC material and its preparation method and application. The anodically bondable LTCC material comprises 70-50 wt% beta_LiAlSi2O6 glass-ceramics and 30-50 wt% beta_Al2O3 ceramics. Compared with the existing anodic transfer LTCC material, the semi-conducting temperature of the invention is 100 C lower, the bonding temperature is expected to drop to 200 C, and the bonding voltage is expected to drop to 500 V.
【技术实现步骤摘要】
一种可阳极键合LTCC材料及其制备方法和应用
本专利技术属于陶瓷材料领域，特别涉及一种可阳极键合LTCC材料的组成与制备和应用。
技术介绍
Si基器件(如MEMS)不仅在战机、潜艇、航空航天等军事领域应用广泛，而且在消费电子领域有着十分广阔的应用前景。伴随着物联网，移动化、智能化生活的到来，人们对Si基器件的小型化与多功能化的需求越来越迫切。传统Si基器件的封装材料为玻璃，玻璃基板由于具有各向同性，刻蚀能力差，造成玻璃封装基板的电极通道少，电极位置局限大，利用玻璃封装基板往往造成Si基器件的体积大，功能单一。LTCC技术具有可叠层，可构建3D电极通道，可实现热-电综合管理等优点，利用LTCC(Lowtemperatureco-firedceramics，低温共烧陶瓷)基板封装Si基器件可以实现Si基器件的小型化和多功能化，降低成本。LTCC基板通常采用阳极键合的方式封装Si基器件，这就要求LTCC封装基板在室温下为绝缘体，在高温下具有阳离子迁移功能，热膨胀系数与Si的热膨胀系数匹配且烧结温度低于900℃。目前国内外存在德国VIA公司WO2005042426的ABS体系和日本东北大学US8481441B2的LMAS体系两种可阳极键合LTCC材料。ABS体系采用含Na+玻璃和氧化铝复合的方法降低烧结温度，利用堇青石提供离子迁移通道，利用玻璃提供可迁移阳离子，利用氧化铝调节热膨胀系数，其键合温度为330℃，键合电压为600V；LMAS体系利用β-LiAlSi2O6提供离子迁移通道和可迁移阳离子，利用MgO调节热膨胀系数，利用LiBiO3降低烧结温度，其键合温度为300℃，键合电压为600V，两种可阳极键合LTCC材料的阳极键合温度均不低于300℃，而Si在此温度下易被氧化，造成Si基器件的可靠性降低甚至失效。因此，急需研究阳极键合温度低于300℃，键合电压低于600V的可阳极键合LTCC材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种可阳极键合LTCC材料及其制备方法。一方面，本专利技术提供一种可阳极键合LTCC材料，其包含：70～50wt％的β-LiAlSi2O6微晶玻璃和30～50wt％的β-Al2O3陶瓷。根据本专利技术，可阳极键合LTCC材料包含70～50wt％的β-LiAlSi2O6微晶玻璃和30～50wt％的β-Al2O3陶瓷，其中，利用β-LiAlSi2O6微晶玻璃降低烧结温度，β-LiAlSi2O6微晶玻璃提供可迁移阳离子Li+以及离子迁移通道，β-Al2O3陶瓷提供可迁移阳离子Na+以及离子迁移通道，此外，β-Al2O3陶瓷调节热膨胀系数，利用β-LiAlSi2O6微晶玻璃的析晶相和β-Al2O3陶瓷提高复相材料的离子迁移能力。优选地，本专利技术的可阳极键合LTCC材料的烧结温度低于900℃，300℃时热膨胀系数为2～6ppm/K，200℃时离子迁移率1×10-8S/cm以上，25℃时离子迁移率1×10-10S/cm以下。与现有的可阳极迁移LTCC材料相比实现半导化的温度低100℃，其键合温度有望降至200℃，键合电压有望降至500V。较佳地，β-LiAlSi2O6微晶玻璃的质量百分比为70～65wt％，β-Al2O3陶瓷的质量百分比为30～35wt％。较佳地，所述β-LiAlSi2O6微晶玻璃的所述的玻璃转化温度为500～540℃，熔点为770～800℃。另一方面，本专利技术提供一种上述可阳极键合LTCC材料的制备方法，按β-LiAlSi2O6微晶玻璃70～50wt％、β-Al2O3陶瓷30～50wt％将β-LiAlSi2O6微晶玻璃和β-Al2O3陶瓷混合、成型、在低于900℃烧结，得到所述可阳极键合LTCC材料。较佳地，所述β-LiAlSi2O6微晶玻璃通过如下方法制备：将Li2CO3或Li2O、Al2O3和SiO2按化学计量比混合后于900～1100℃保温1～6小时，得到合成料；合成料于900～1100℃保温1～6小时，然后淬冷，得到β-LiAlSi2O6微晶玻璃。较佳地，所述β-LiAlSi2O6微晶玻璃的粒径为100nm～10μm，优选为500nm～1μm，所述β-Al2O3陶瓷的粒径为100nm～10μm。较佳地，烧结时间为0.1～6小时。上述制备方法工艺简单，所使用的Li2CO3或Li2O、Al2O3、SiO2、β-Al2O3陶瓷均为工业原料，因而该可阳极键合LTCC材料有希望进行工业化生产。再一方面，本专利技术提供上述可阳极键合LTCC材料在封装硅基器件中的应用。较佳地，采用阳极键合的方式封装，键合温度为200℃以下，键合电压为500V以下。用本专利技术的可阳极键合LTCC材料封装硅基器件，可以避免Si被氧化而造成的Si基器件的可靠性降低甚至失效的问题。附图说明图1显示出实施例2的可阳极键合LTCC材料的XRD图谱；图2显示出实施例2的可阳极键合LTCC材料的热膨胀图；图3显示出实施例2的可阳极键合LTCC材料25℃交流阻抗谱；图4显示出实施例2的可阳极键合LTCC材料200℃交流阻抗谱；图5显示出实施例3的可阳极键合LTCC材料的XRD图谱；图6显示出实施例3的可阳极键合LTCC材料的热膨胀图；图7显示出实施例3的可阳极键合LTCC材料25℃交流阻抗谱；图8显示出实施例3的可阳极键合LTCC材料200℃交流阻抗谱；图9显示出实施例4的可阳极键合LTCC材料的XRD图谱；图10显示出实施例4的可阳极键合LTCC材料的热膨胀图；图11显示出实施例4的可阳极键合LTCC材料25℃交流阻抗谱；图12显示出实施例4的可阳极键合LTCC材料200℃交流阻抗谱；图13显示出实施例5的可阳极键合LTCC材料的XRD图谱；图14显示出实施例5的可阳极键合LTCC材料的热膨胀图；图15显示出实施例5的可阳极键合LTCC材料25℃交流阻抗谱；图16显示出实施例5的可阳极键合LTCC材料200℃交流阻抗谱；图17显示出实施例6的可阳极键合LTCC材料的XRD图谱；图18显示出实施例6的可阳极键合LTCC材料的热膨胀图；图19显示出实施例6的可阳极键合LTCC材料25℃交流阻抗谱；图20显示出实施例6的可阳极键合LTCC材料200℃交流阻抗谱。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。以下述及的百分含量，如无特别说明，均指质量百分含量。本专利技术一方面公开了一种可阳极键合LTCC材料。该可阳极键合LTCC材料是一种包含β-LiAlSi2O6微晶玻璃和β-Al2O3陶瓷的复相材料。优选地，该可阳极键合LTCC材料由β-LiAlSi2O6微晶玻璃和β-Al2O3陶瓷组成。在一个实施方式中，以β-LiAlSi2O6结晶相作为原材料制作β-LiAlSi2O6微晶玻璃以降低Li元素在高温下的挥发。本专利技术选择了具备高离子迁移率的材料，又将其中的β-LiAlSi2O6以微晶玻璃的形式复合以降低烧结温度。具体而言，利用β-LiAlSi2O6微晶玻璃降低烧结温度，β-LiAlSi2O6微晶玻璃提供可迁移阳离子Li+以及离子迁移通道，β-Al2O3陶瓷提供可迁移阳离子Na+以及离子迁移通道，此外，利用β-Al2O3陶瓷调节热膨胀系数，利用β-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可阳极键合LTCC材料，其特征在于，包含：70～50 wt%的β‑LiAlSi2O6微晶玻璃和30～50 wt %的β‑Al2O3陶瓷。
【技术特征摘要】
1.一种可阳极键合LTCC材料，其特征在于，包含：70～50wt%的β-LiAlSi2O6微晶玻璃和30～50wt%的β-Al2O3陶瓷。2.根据权利要求1所述的可阳极键合LTCC材料，其特征在于，β-LiAlSi2O6微晶玻璃的质量百分比为70～65wt%，β-Al2O3陶瓷的质量百分比为30～35wt%。3.根据权利要求1或2所述的可阳极键合LTCC材料，其特征在于，所述β-LiAlSi2O6微晶玻璃的玻璃转化温度为500～540℃，熔点为770～800℃。4.根据权利要求1至3中任一项所述的可阳极键合LTCC材料，其特征在于，所述可阳极键合LTCC材料的烧结温度低于900℃，300℃时热膨胀系数为2～6ppm/K，200℃时离子迁移率1×10-8S/cm以上，25℃时离子迁移率1×10-10S/cm以下。5.一种权利要求1至4中任一项所述的可阳极键合LTCC材料的制备方法，其特征在于，按β-LiAlSi2O6微晶玻璃70～50wt%、β-Al2O3陶瓷30～50wt%...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志甫，陈冠羽，李永祥，马名生，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31
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