偏磷酸盐玻璃组合物制造技术

一种低Ｋ值可结晶玻璃组合物，其软化点为５５０－８００℃。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及偏磷酸盐玻璃组合物，特别是涉及到那些在厚膜或带烧结条件下可结晶的玻璃，以及涉及到以这些玻璃为基础的玻璃陶瓷或填充了的玻璃陶瓷组合物。众所周所，电路的封装对集成电路(ICs)的性能具有极大的影响，降低ICs中基体材料的介电常数(K)可增加电路运行速度，减少能量消耗，而且也能使电子串音降至最小，因此，为提高功能密度创造了条件。聚合物材料通常具有比陶瓷材料更低的介电常数，但是，在许多应用中，陶瓷封装体的可靠性和良好的热传导性使得它们更为令人满意。目前使用的低K值陶瓷介电材料主要是填充的玻璃系统，其中的玻璃一般为硼硅酸盐组合物(如JP-62-138357中所公开的那样)或铝硅酸盐组合物(如JP62-150856中所公开的那样)。这种类型的玻璃系统由于如导体砂眼、生锈和导体“游动”(渗透穿过其部件表面)现象，从而已引起一些可靠性和/或产量问题。在重新烧结期间，尺寸的控制也是常常要考虑的问题，此外，通常用来降低玻璃粘度的碱离子的掺入也会使玻璃具有极大的离子导电率，而且会导致电解反应和/或高介电损耗。降低该介电系统反应性的一种方法是使用可结晶玻璃。这些材料，如果正确设计的话，首先烧结成一种密封体，然后在该烧结工艺过程中晶化，在以后的完成电路加工的烧结过程中，绝大部分已晶化的基体比普通的填充玻璃基体的化学和机械性能更稳定。晶体材料一般也比非晶体材料具有更高的热传率和更高的机械强度。对于所选择的以该结晶玻璃为基础的系统来说，所希望的性能包括具有低介电常数和低介电损耗、热膨胀系数(TEC)与96%氧化铝(6.2ppm/℃)或硅(3.5ppm/℃)相一致、密封烧结以及在加热到850-900℃时进行结晶，从而便于在用贵金属导体时使用它们。该介电系统的TCE能够通过使用适当的填料(如薰青石降低TCE或AlPO4提高TCE)，从而可以与氧化铝或硅相匹配。本专利技术主要针对的是一种低K值可结晶玻璃组合物，该组合物具有550-800℃的软化点，和一个低于约5.8的介电常数，该组合物由下列成分组成(以摩尔百分数mole%计)41-70% P2O5;10-48% MgO，ZnO或它们的混合物;2-20% Al2O3Cr2O3或它们的混合物;0-10% 碱金属氧化物;0-10% CaO，SrO，BaO或它们的混合物;0-10% SiO2;0-20% B2O3;0-10% ZrO2，TiO2或它们的混合物;以及0-10%选自Fe2O3和稀土金属氧化物的金属氧化物，其附加条件是(ⅰ)a＝n(b+3c+d+e+2f+3g)，其中n＝0.8-1.0，以及a＝mole% P2O5;b＝mole% MgO，ZnO或它们的混合物;c＝mole% Al2O3，Cr2O3或它们的混合物;d＝mole% M2O，其中M＝Na，K，Rb，Cs;e＝mole% M′O其中M′＝Ca，Sr，Ba;f＝mole% ZrO2，TiO2或它们的混合物;g＝mole% Fe2O3和稀土金属氧化物;(ⅱ)碱性氧化物，CaO，SrO和BaO的总量不超过10mole%;(ⅲ)ZrO2，Tio2，Fe2O3和稀土金属氧化物的总量不超过10mole%。本专利技术的玻璃是可结晶偏磷酸盐玻璃，该玻璃经过烧结将会形成结晶相，如MgP2O6和/或AlP3O9。由于本专利技术的玻璃要用于低K值介电系统中，故为了符合低K值介电系统的功能要求，它们应具有下列特性系统的要求 玻璃的要求在850-950℃条件下烧结 变形点＜800℃之后密封 与填充物相容良好的粘接剂烧尽性能 变形点＞550℃TCE与氧化铝或Si匹配 TCE＞6.2ppm/℃(对于氧化铝)＞3.5ppm/℃(对于硅)多次烧结其微观结构稳定 可结晶离子迁移可以忽略不计 不含碱金属、Pb等低K值(＜5.8)，低 低K值，形成低损耗晶相介电损耗(＜0.5%)良好的化学稳定性 稳定性玻璃为了在热处理玻璃时形成占主导地位的偏磷酸盐晶体(由于该晶相具有令人满意的相对较低的介电常数)，重要的一关是要将调整剂P2O5的比率保持在接近于偏磷酸盐(即Mn+(PO3)n)组成中P2O5的比率，因此，在本专利技术的玻璃中，对于一种给定的玻璃调整剂的组合来说，P2O5的比例应限定为保持偏磷酸盐化学计量所必需的含量的80-100%。若P2O5浓度比所规定的高，则产生非结晶的吸湿性玻璃，而当组合物中P2O5的含量低于所规定的量时，则经过晶化会形成大量非低K值偏磷酸盐晶相，或不能获得玻璃。P2O5含量的优选范围是保持偏磷酸盐化学计量所需量的90-100%，因为这些组合物通常产生结晶玻璃，其中所形成的物相为残余玻璃相和偏磷酸盐晶相。在玻璃中，与含量为保持偏磷酸盐化学计量所需量的80-90%的P2O5还会形成少量其它的物相，虽然它们会稍微提高K值，但不会破坏该可结晶玻璃的基本优点。玻璃调整剂的选择可控制该偏磷酸盐玻璃的介电常数、TCE和软化点。本专利技术的玻璃主要是以MgP2O6(它可以由ZnP2O6部分或完全地替换)为基础的。适当浓度的Al2O3，或Cr2O3可以改善玻璃的化学稳定性并提高粘滞度。当在玻璃中的Al2O3(或Cr2O3)的浓度大于约20mole%时，玻璃的软化点太高以致于不能在所期望的850-950%烧结温度下使多层电子封装体致密。当Al2O3的浓度小于5mole%时，则会降低玻璃的化学稳定性。含有10-17mole%和17-30mole%MgO的优选组合物可以在可接受的软化点和化学稳性之间提供最佳的平衡。除BeO和MgO之外，加入碱金属和碱土金属氧化物可以降低玻璃软化点并增加TCE以及该玻璃的介电常数。只要能保证所规定的磷酸盐化学计量，则这些氧化物能以低于约10mole%的量加入到玻璃中而不会对其它性能产生不利影响。若这些氧化物的浓度大于约10mole%，则玻璃的介电常数会大于一般对电子封装应用所期望的值，而且其化学稳定性也会降低。只要能保证所规定的磷酸盐的化学计量，则ZrO2、TO2、Fe23以及任何稀土元素能以低于约10mole%的量加入到玻璃中，从而提高粘滞度并改善化学稳定性而不会对其它特性产生不利影响，这些氧化物具有提高软化点和介电常数以及降低玻璃TCE的作用。若这些氧化物的含量高于10mole%，则该玻璃的软化点及介电常数会高于对电子封装应用所期望的值。SiO2可以以低于10mole%的量加入到玻璃中。向玻璃中加入二氧化硅可增加玻璃的软化点和结晶温度之间的温度差，同时也保证形成少量的残余玻璃相。这种随SiO2含量增加而增加的残余玻璃相可以改善烧结封装体的密封性。若SiO2的浓度大于约10mole%。则会抑制玻璃结晶，使其结晶范围不大于所期望的。优选的成分中应含有约1-5mole%SiO2，因为这样的话，经过晶化会有合适数量的残余玻璃相生成(体积比约为2-15%)。B2O3可以以低于10mole%的含量加入到玻璃中，它不会对玻璃的基本性质产生很大影响，当B2O3浓度超过约10mole%时，则会对玻璃的化学稳定性产生不利影响，并且能够抑制玻璃的结晶。本专利技术的玻璃需设计成是可结晶的，所形成的晶相取决于其玻璃组成，通常，在温度范围850-950℃之间热处理玻璃时所形成的主要晶相是MgP2O6和AlP3O9，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可结晶玻璃组合物，其软化为５５０－８００℃，介电常数小于约５．８，它由下列组分组成（以摩尔百分数ｍｏｌｅ％计）：４１－７０％Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］；１０－４８％ＭｇＯ，ＺｎＯ或它们的混合物；２－２０％Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｃ ｒ↓［２］Ｏ↓［３］或它们的混合物；０－１０％碱金属氧化物；０－１０％ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ或它们的混合物；０－１０％ＳｉＯ↓［２］０－２０％Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］０－１０％ＺｒＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］或它们的混合物；　 　０－１０％选自Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］和稀土金属氧化物或它们的混合物；其附加条件如下：（ｉ）ａ＝ｎ（ｂ＋３ｃ＋ｄ＋ｅ＋２ｆ＋３ｇ），其中ｎ＝０．８－１．０，而且ａ＝ｍｏｌｅ％Ｐ↓［２］Ｏ↓［５］；ｂ＝ｍｏｌｅ％ＭｇＯ，ＺｎＯ 或它们的混合物；ｃ＝ｍｏｌｅ％Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］，Ｃｒ↓［２］Ｏ↓［３］或它们的混合物；ｄ＝ｍｏｌｅ％Ｍ↓［２］Ｏ，其中Ｍ＝Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ；ｅ＝ｍｏｌｅ％Ｍ′Ｏ，其中Ｍ′＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ；ｆ＝ｍｏｌｅ％ＺｒＯ↓［ ２］，ＴｉＯ↓［２］或它们的混合物；ｇ＝ｍｏｌｅ％Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］和稀土金属氧化物；（ｉｉ）碱性金属氧化物，ＣａＯ，ＳｒＯ或ＢａＯ的总量不超过１０ｍｏｌｅ％；（ｉｉｉ）ＺｒＯ↓［２］、ＴｉＯ↓［２］、Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］ 和稀土金属氧化物的总量不超过１０ｍｏｌｅ％。...

【技术特征摘要】
US 1990-1-16 465,4031.一种可结晶玻璃组合物，其软化点为550-800℃，介电常数小于约5.8，它由下列组分组成(以摩尔百分数mole%计)41-70% P2O5；10-48% MgO，ZnO或它们的混合物；2-20% Al2O3，Cr2O3或它们的混合物；0-10% 碱金属氧化物；0-10% CaO，SrO，BaO或它们的混合物；0-10% SiO20-20% B2O30-10% ZrO2、TiO2或它们的混合物；0-10% 选自Fe2O3和稀土金属氧化物或它们的混合物；其附加条件如下(ⅰ)a=n(b+3c+d+e+2f+3g)，其中n=0.8-1.0，而且a=mole%P2O5；b=mole%MgO，ZnO或它们的混合物；c=mole%Al2O3，Cr2O3或它们的混合物；d=mole%M2O，其中M=Na，K，Rb，Cs；e=mole%M′O，其中M′=Ca，Sr，Ba；f=mole%ZrO2，TiO2或它们的混合物；g=mole%Fe2O3和稀土金属氧化物；(ⅱ)碱性金属氧化物，CaO，SrO和BaO的总量不超过10mole%；(ⅲ)ZrO2、TiO2、Fe2O3和稀土金属氧化物的总量不超过10mole%。2.权利要求1所述的组合物，它含有不大于5%的SiO2，其a＝n(b+3c)，而其中a＝54-65%P2O5，b＝17-30%MgO，c＝10-17%Al2O3和n＝0.9-1.0。3.权利要求2所述的组合物，它具有600-800℃的软化点，其中a＝54-65%P2O5，b＝17-21%MgO，和c＝13-17%Al2O3。4.权利要求2所述的组合物，它具有550-750℃的软化点，其中a＝54-62%P2O5，b＝20-30%MgO，和c＝10-14%Al2O3。5.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡永浩，迈克尔A萨尔茨伯格，罗伯特D香农，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]