一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法，包括由共烧低阻导带材料制成的中温陶瓷，共烧低阻导带材料包括陶瓷基层以及位于陶瓷基层上表面的钨钢金属化层。本发明专利技术的有益效果是：陶瓷采用中温烧结技术，可在1220~1280

【技术实现步骤摘要】
一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多层陶瓷封装外壳制作方法，具体为一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法，属于电子陶瓷材料制作


技术介绍

[0002]随着第三代半导体技术的发展，固态微波器件不断向更大功率、更高频率的方向发展。超大功率固态微波器件封装的传输端引线电阻会带来插入损耗增大和管芯工作电压下降的问题，进而影响器件的输出功率。
[0003]通常氧化铝陶瓷的成瓷温度大于1600℃，较高的成瓷温度限制了其只能采用高熔点的钨、钼等金属作为导体材料。而钨、钼材料的金属化电阻大，导体损耗高，无法满足大功率固态微波器件封装领域的应用要求。尽管LTCC(低温共烧陶瓷)的成瓷温度较低(900℃左右)，能够采用金、银、铜等低电阻导体，但是其过低的陶瓷强度降低了其可靠性，在冲击试验下易出现裂纹等失效现象，限制了封装外壳的进一步小型化和集成化。
[0004]目前关于低阻导带材料匹配中温陶瓷共烧体系材料的报道较少，国内厂家难以生产出具备高机械强度的中温陶瓷材料，同时又能匹配中温陶瓷共烧的低阻导带材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法，所制备的陶瓷封装材料机械强度高，金属化导带阻值低，满足大功率微波器件封装外壳的使用要求。
[0006]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷及制备方法，包括由共烧低阻导带材料制成的中温陶瓷，所述共烧低阻导带材料包括陶瓷基层以及位于所述陶瓷基层上表面的钨钢金属化层；
[0007]所述陶瓷基层采用中温烧结技术密化烧结；
[0008]所述钨钢金属化层采用钨网铜颗粒填充技术，通过在钨铜金属化表面套印钨金属化的方法降低挥发。
[0009]作为本专利技术再进一步的方案：钨网铜颗粒填充技术具体包括：
[0010]A、先在生瓷表面印刷钨铜金属化浆料作为基层；
[0011]B、通过在钨铜金属化表面再套印中温瓷共烧钨浆的方法实现陶瓷表面金属化。
[0012]作为本专利技术再进一步的方案：位于共烧低阻导带材料下方的基层钨铜金属化按质量百分比由以下物料组成：铜粉60％
‑
90％，钨粉5％
‑
35％，陶瓷瓷粉2％
‑
15％。
[0013]作为本专利技术再进一步的方案：钨钢金属化层套印所使用的表层中温陶瓷共烧钨金属化按质量百分比由以下物料组成：钨粉80％
‑
95％，陶瓷瓷粉5％
‑
20％。
[0014]作为本专利技术再进一步的方案：中温陶瓷中原料按质量百分比由以下物料组成：玻璃粉20％
‑
25％，着色剂2.5％
‑
5％，其余为氧化铝粉料；玻璃粉中原料按质量百分比由以下物质组成：SiO2：CaO：MgO：PbO：B2O3：BaO＝49.3％
‑
88.6％：4.5％
‑
8.1％：0.3
‑
4.8％：0.6％
‑
14.8％：0.8％
‑
5.3％：0
‑
25.8％；着色剂由MoO3、Cr2O3、TiO2组成，其比例为MoO3：Cr2O3：TiO2＝25％
‑
31.2％：50％
‑
62.5％：6.3％
‑
25％。
[0015]作为本专利技术再进一步的方案：陶瓷基层的密化烧结温度为1220℃
‑
1280℃，烧结气氛为氮氢混合气。
[0016]一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，构成中温陶瓷的共烧低阻导带材料制备方法包括以下步骤：
[0017]步骤一、将中温陶瓷材料，包含玻璃粉、着色剂、氧化铝粉料等，与塑化剂、粘结剂、溶剂等，通过湿法球磨混料均匀，得到中温陶瓷浆料。采用流延工艺，获得单张生瓷坯片；
[0018]步骤二、将钨粉，铜粉，中温瓷粉与塑化剂、粘结剂、溶剂等按比例搅拌混合均匀，混合后采用三辊研磨机轧制，制备为基层钨铜金属化浆料；将钨粉，中温瓷粉与塑化剂、粘结剂、溶剂等按比例搅拌混合均匀，混合后采用三辊研磨机轧制，制备为表层中温瓷共烧钨浆料；
[0019]步骤三、使用丝网印刷机将基层钨铜金属化浆料印刷在生瓷片上；待其干燥后，使用丝网印刷机套印表层中温瓷共烧钨浆料，使表层中温瓷共烧钨浆料完全覆盖在基层钨铜金属化浆料上方；
[0020]步骤四、采用多层陶瓷层压工艺成型，并在高温试验炉中烧结成瓷，气氛为氮氢混合气体。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术中，通过优化中温陶瓷配方，实现氧化铝陶瓷在中温阶段(1220℃～1280℃)致密化烧结，从而获得较高的机械强度，有利于实现半导体封装外壳的小型化和高可靠性；
[0023]2、本专利技术中，采用钨铜金属化层作为导带。钨铜材料作为金属化浆料中的功能相，烧结温度较低，具有优异的导热性能及导电性能；
[0024]3、本专利技术中，导带材料采用钨网铜颗粒填充技术，提升了导带层的稳定性。由于铜熔点较低(1083.15℃)，单纯的钨铜金属化在较高温度下烧结时，容易液化结球，影响金属化层表面状态；当温度进一步升高时，钨铜金属化表面的铜会出现大量挥发，残留大量孔隙，导致金属化层表面电阻显著升高。本专利技术中，在钨铜金属化表面再套印中温瓷共烧钨浆，此结构在烧结过程中，钨金属化会形成网络状结构，下层的钨铜金属化由于更低的熔点，从钨金属化的网络中析出，填充并包裹整个网络，以实现陶瓷表面的金属化并降低图形的方块电阻。表层中温共烧钨浆料的存在抑制了铜的挥发，该结构方阻值更低于单一的钨铜浆料。相较于其他单一钨铜金属化，本专利技术中测试方阻值已低于钨金属的理论阻值，表明本专利技术的钨网铜颗粒填充技术具有可行性；
[0025]4、本专利技术中，基层与表层金属化层使用与陶瓷基底相同的陶瓷粉配方，能够与陶瓷基底共烧，且具有较好的共烧匹配性；
[0026]5、本专利技术中采用陶瓷与导带共烧，可实现多层陶瓷内部及表层的低阻布线，降低插入损耗，满足固态微波大功率器件封装的使用要求。
附图说明
[0027]附图1为钨网铜颗粒填充技术说明示意图。
[0028]附图2为采用钨网铜颗粒填充技术烧结后瓷件表面金属化的扫描电镜图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例一
[0031]如图1至图2所示，一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，包括由共烧低阻导带材料制成的中温陶瓷，所述共烧低阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，其特征在于：包括由共烧低阻导带材料制成的中温陶瓷，所述共烧低阻导带材料包括陶瓷基层以及位于所述陶瓷基层上表面的钨钢金属化层；所述陶瓷基层采用中温烧结技术密化烧结；所述钨钢金属化层采用钨网铜颗粒填充技术，通过在钨铜金属化表面套印钨金属化的方法降低挥发。2.根据权利要求1所述的一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，其特征在于：所述钨网铜颗粒填充技术具体包括：A、先在生瓷表面印刷钨铜金属化浆料作为基层；B、通过在钨铜金属化表面再套印中温瓷共烧钨浆的方法实现陶瓷表面金属化。3.根据权利要求1所述的一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，其特征在于：位于所述共烧低阻导带材料下方的基层钨铜金属化按质量百分比由以下物料组成：铜粉60%
‑
90%，钨粉5%
‑
35%，陶瓷瓷粉2%
‑
15%。4.根据权利要求1所述的一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，其特征在于：所述钨钢金属化层套印所使用的表层中温陶瓷共烧钨金属化按质量百分比由以下物料组成：钨粉80%
‑
95%，陶瓷瓷粉5%
‑
20%。5.根据权利要求1所述的一种适用于微波功率器件封装外壳的中温陶瓷，其特征在于：所述中温陶瓷中原料按质量百分比由以下物料组成：玻璃粉20%
‑
25%，着色剂2.5%
‑
5%，其余为氧化铝粉料；玻璃粉中原料按质量百分比由以下物质组成：SiO2：CaO：MgO：PbO：B2O3：BaO=49.3%
‑
88.6%：4.5%

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杨，李欣源，陈骏，陈寰贝，黎超群，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：