用于高频的玻璃材料制造技术

为了改进射频基片或射频导体配置的射频特性，本发明专利技术提供了一种玻璃材料，用于为射频基片或射频导体配置生产绝缘层，其中该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在０．０５μｍ至５ｍｍ之间，频率范围至少高于１ＧＨｚ时的损耗因子ｔａｎδ小于或等于７０＊１０↑［－４］。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及射频电路领域，尤其涉及一种适用于在基片上生产适于射频应用的导体结构的玻璃材料，以及一种射频基片。已知半导体工业的趋势是趋于更高的数据传输速率。在馈电和发射系统中，千兆赫兹的频率能导致信号的衰减增加。到目前为止，主要是印刷陶瓷(HTCC)和玻璃陶瓷(LTCC)的多层被用于这类系统，在印刷导电层后，对它们进行层压和烧结，实现一种用于射频电路的三维或多层布线。此外，也使用了不密封的有机多层。然而，在高频情况下由于接线中的衰减，会增加这类导线系统的传输损耗。HTCC和LTCC材料在频率非常高的情况下，一般高于40GHz，就会受到这些频率范围的相对高的介电常数(DK)和损耗角(tanδ)的限制。HTCC和LTCC陶瓷不可避免地具有颗粒，这些颗粒对射频性能有不良影响，并且会导致集成在系统的接线的表面有和颗粒相应的粗糙。这种表面粗糙会导致线性损耗的增加。这种射频导电基片上出现高度衰减的另一个原因是，在敷设接线时通常借助于厚膜工艺，特别是丝网印刷。使用这种技术的接线在接线轮廓方面十分不均匀和粗糙。接线的不均匀性起到了天线的作用，而这会导致相当大的发射损耗。此外，烧结不可避免地会导致基片的皱缩，这将很难准确保持期望的尺寸。近来，逐渐以各种PVD工艺来取代具有缺点的厚膜技术，通过蒸镀或者溅镀形成接线。但是，在前述工艺中通过烧结HTCC和LTCC材料来产生布线层结构的技术仍然存在一个主要的问题。例如，LTCC陶瓷材料的烧结所需的温度至少为950℃，而HTCC陶瓷材料的烧结甚至要在1500℃的温度下进行。这样的温度会使接线的结构发生改变，并且接线材料的选择也是有限的。因此本专利技术的目的是为接线系统提供一种改进了的材料，尤其是在射频特性方面进行了改进，提高了射频导体配置的射频特性。该任务通过一种非常简便的方法来实现，即用一种玻璃材料来生产射频基片或射频导体配置的绝缘层，一种生产带有射频导体配置或射频接线系统的元件的方法，以及一种具有射频导体配置的元件，如权利要求书所述。更好的结构及改进构成了相应从属权利要求的主题。本专利技术提供了一种用于生产射频基片或射频导体配置的绝缘层的玻璃材料，该材料作为敷设层，尤其层厚范围在0.05μm至5mm之间，最好在0.05μm至1mm之间，该层在至少高于1GHz的频率范围时的损耗因子tanδ小于或等于70*10-4。LTCC和HTCC材料由于它们优良的密封性而特别受到重视，并且该特性可以使这类基片用作元件的外壳。玻璃层的密封性甚至更好，因为对大多数气体，玻璃都具有很低的渗透率。由于作为敷设层的玻璃材料的低损耗因子，本专利技术的玻璃材料特别适用于射频应用。根据本专利技术的玻璃材料作为敷设层，尤其层厚范围在0.05μm至5mm之间，频率在40GHz时，较好的损耗因子tanδ小于或等于50*10-4。这种低损耗因子使得本专利技术的玻璃材料特别适合于即使在微波范围的极高频率处的射频应用。根据本专利技术的改进，使用了本专利技术的玻璃材料生产的层厚范围在0.05μm至5mm之间，在微波频率为40GHz时，该层损耗因子tanδ甚至小于或等于30*10-4。这个损耗因子比LTCC和HTCC基片在微波范围内的损耗因子更低。根据本专利技术所述的玻璃材料的一个特别优选的实施例，可以蒸镀用于沉积层的玻璃材料，以使得能够通过在一个基底上进行PVD涂层和蒸镀涂层，将本专利技术的玻璃材料沉积成绝缘层。特别具有优点的原因是，在基底上，例如基片上的热载荷仅仅是中等的。另外，这种通过蒸镀玻璃材料的玻璃层沉积，例如从一个位于对面的靶，与需涂层的表面有一定距离且包含本专利技术的玻璃材料，能够生产出非常薄的、均匀的绝缘层。因此使用玻璃材料也能够增加射频元件，例如射频基片的集成度。根据本专利技术的该实施例中的玻璃材料可以通过这样的方式来蒸镀即在面对蒸镀源的基片表面上形成玻璃层或透明层，并暴露在蒸镀源发出的蒸汽中。本专利技术的玻璃材料的特性不是所有玻璃材料都具有的。用许多玻璃材料不能形成玻璃层或透明层，而是沉积了不透明的氧化层，而且这些层一般没有良好的密封性和/或射频特性。尤其是包含至少一个二元系材料的玻璃也特别适合作为蒸镀玻璃或能够蒸镀和再次沉积成透明或玻璃层的玻璃材料。这种类型的玻璃蒸镀沉积而成的玻璃层由于缺陷很少，具有很好的密封性和射频特性。用电子束蒸镀法来蒸镀本专利技术的玻璃材料是特别具有优点的。电子束蒸镀能够在电子束入射点处，在包含玻璃材料的靶上产生非常小的点源，因此电子束的能量都集中在该点上。电子束蒸镀能够在需要涂层的基片上得到较高的沉积率。为了能对玻璃材料进行简单处理，如构成电子束蒸镀的玻璃靶，具有优点的是玻璃材料的工作温度低于1300℃。本文中的术语工作温度一般认为是玻璃粘度在104dPas时的温度。为了获得低发射损耗的导体结构，最好将玻璃材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，在至少高于1GHz的频率范围时相对介电常数εR小于等于5。一个较好的改进是将玻璃材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，微波范围频率在40GHz时相对介电常数εR小于或等于5，尤其是相对介电常数εR为4±0.5。根据本专利技术的另一个实施例，当玻璃材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，温度范围在20℃至300℃时的热膨胀系数α20-300在2.9*10-6到3.5*10-6K-1之间。这个膨胀系数与硅或Borofloat玻璃的膨胀系数相匹配。这使得例如使用硅或Borofloat玻璃作为基片材料时，能够基本上避免温度应力。如果把玻璃材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，温度范围在20℃至300℃时的热膨胀系数为α20-300＝(3.2±0.2)*10-6K-1，此时将会获得更好的热匹配。然而，本专利技术的另一个实施例中，为减少硅基片的绝缘层的热应力，当玻璃材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，具有不同于基片材料(例如硅)的热膨胀系数，温度范围在20℃至300℃时，绝缘层的热膨胀系数小于基片材料的热膨胀系数1×10-6K-1。玻璃层尽可能的抗酸或碱，对于使用本专利技术的玻璃材料所制成的玻璃层的长时间密封特性是更有利的。因此本专利技术的一个实施例提供的一种作为敷设层的玻璃材料是抗酸性的，抗酸等级≤2。根据本专利技术的另一个实施例，作为敷设层的玻璃材料是抗碱性的，抗碱等级≤3。组分在下列成分范围内的玻璃材料证明是适合的成分成分范围SiO240-90B2O310-40Al2O30-5K2O 0-5Li2O 0-3Na2O 0-3上面给出的数值是比重。使用本专利技术中包括按下列比重成分的玻璃材料，能够改进射频特性和蒸镀特性成分 成分范围SiO260-90B2O310-30Al2O30-3K2O 0-3Li2O 0-2Na2O 0-2本专利技术的玻璃材料最好按下列比重成分成分 玻璃1 玻璃2SiO284±5 71±5B2O311±5 26±5Na2O 2±0.2 0.5±0.2Li2O 0.3±0.2 0.5±0.2K2O 0.3±0.2 1.0±0.2Al2O30.5±0.2 1.0±0.2这种类型的玻璃测量得到下列特性，该玻璃的组成包括71％比重的SiO2，26％的B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于为射频基片或射频导体配置生产绝缘层的玻璃材料，其中该材料可作为敷设层（９，９１，９２，９３，１３），尤其是层厚范围在０．０５μｍ至５ｍｍ之间，优选在０．０５μｍ至１ｍｍ之间，在至少高于１ＧＨｚ的频率范围时的损耗因子ｔａｎδ小于或等于７０＊１０↑［－４］。

【技术特征摘要】
DE 2002-5-23 10222609.1;EP 2003-4-15 PCT/EP03/03901.一种用于为射频基片或射频导体配置生产绝缘层的玻璃材料，其中该材料可作为敷设层(9，91，92，93，13)，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，优选在0.05μm至1mm之间，在至少高于1GHz的频率范围时的损耗因子tanδ小于或等于70*10-4。2.如权利要求1中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层(9，91，92，93，13)，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，频率范围在40GHz左右时的损耗因子tanδ小于或等于50*10-4。3.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层(9，91，92，93，13)，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，频率在40GHz时的损耗因子tanδ小于或等于30*10-4。4.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于可以蒸镀玻璃材料来沉积层(9，91，92，93，13)。5.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于可以用电子束蒸镀方法来蒸镀玻璃材料。6.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于工作温度低于1300℃。7.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，在至少高于1GHz的频率范围时相对介电常数εR小于或等于5。8.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，在频率为40GHz时的相对介电常数εR小于或等于5，尤其相对介电常数εR＜5。9.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，温度范围在20℃到300℃之间时的热膨胀系数α20-300在2.9×10-6K-1到3.5×10-6K-1之间。10.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，温度范围在20℃到300℃之间时的热膨胀系数α20-300＝(3.2±0.2)×10-6K-1。11.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，尤其是层厚范围在0.05μm至5mm之间，温度范围在20℃到300℃之间时的热膨胀系数小于基片材料的热膨胀系数1×10-6K-1。12.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，是抗酸级别2的抗酸性玻璃。13.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于该材料作为敷设层，是抗碱级别3的抗碱性玻璃。14.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于它具有按下列比重的成分SiO240-90，B2O310-40，Al2O30-5，K2O0-5，Li2O 0-3，Na2O 0-3。15.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于它具有按下列比重的成分SiO260-90，B2O3105-305，Al2O30-3，K2O0-3，Li2O 0-2，Na2O 0-2，16.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于它具有按下列比重的成分SiO271±5，B2O326±5，Al2O31±0.2，K2O1±0.2，Li2O 0.5±0.2，Na2O 0.5±0.2，17.如前述任一权利要求中所述的玻璃材料，其特征在于它具有按下列比重的成分SiO284±5，B2O311±5，Al2O30.5±0.2，K2O0.3±0.2，Li2O 0.3±0.2，Na2O 2±0.2，18.使用前述任一权利要求中所述的玻璃材料来生产射频导体结构或射频基片的绝缘层(9，91，92，93，13)。19.一种用于生产带有射频导体配置(4，41，42)的元件10的方法，包含的步骤有—在基片(1)的接触连接区域(71-74)上用前述任一权利要求中所述的玻璃材料沉积得到带有至少一个开孔(8)的结构化玻璃层(9，91，92，93，13)，以及—在玻璃层(9，91，92，93)上生成至少一个导体结构(100，111，112，113)，其和接触连接区域(71-74)形成电接触。20.如权利要求19中所述的方法，其特征在于玻璃层是蒸镀玻璃材料沉积而成的。21.如权利要求19或20中所述的方法，其特征在于在玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤根莱布，迪特里希芒德，
申请(专利权)人：肖特股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]