技術領域

本發明屬于電子封裝材料領域，涉及一種低溫共燒陶瓷材料，尤其是高熱導率的低溫共燒陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

低溫共燒陶瓷（Low?temperature?co~fired?ceramics,?LTCC）可以與高電導率的金屬（如金，銀，銅等）在850~950℃下一體化共燒，具有介電性能可調，低的熱膨脹系數（與硅的相匹配），高的化學穩定性和良好的機械性能等眾多優點，該技術在微電子封裝和器件制造領域已成功應用了二十多年。

LTCC材料經過20余年的發展，根據材料體系的不同大致可分為兩大類：微晶玻璃體系和玻璃/陶瓷復合體系。微晶玻璃體系LTCC材料主要通過成核與晶化過程，使其成為致密的具有一定強度的陶瓷材料，然而作為單一的微晶玻璃，其結晶難以完全控制，隨著熱處理條件的變化，其性狀變化較大，尤其是介電損耗。因此該體系的主要缺點是工藝窗口窄，器件穩定性差，不利于大批量生產。

玻璃/陶瓷復合體系是LTCC材料制備的主要方式之一?，F有的玻璃-陶瓷體系LTCC材料的陶瓷相主要為氧化鋁，由于氧化鋁無法低溫燒成，因此該體系的基體材料通常選用低軟化點的玻璃，其與陶瓷填充料的比例是決定LTCC材料的綜合性能關鍵因素（例如參見CN1716459A）。在實際應用中，為了達到致密燒結，滿足基板介電及熱膨脹性能的要求，玻璃的重量百分比含量通常超過了50wt%，然而，玻璃的低熱導率極大地影響了材料整體的熱傳導性能。而且現如今，微電子封裝正朝著高密度、大功率的方向快速發展，這對基板材料的散熱性能提出了更高的要求。目前，商業化應用的LTCC材料的熱導率偏低，僅為2~5?Wm^-1k^-1，嚴重影響了其在電子封裝領域的進一步應用和發展。

目前，國內外研究人員通過采用高熱導率的陶瓷填料替代傳統的氧化鋁，以期望提高玻璃/陶瓷復合體系LTCC材料的熱導率。在眾多高熱導率陶瓷填料中，具有優異綜合性能的氮化鋁具有六方Wurtzite結構，與氧化鋁相比，氮化鋁具有優良的熱傳導性和較低的介電常數，被認為是理想的基板材料。例如CN101161605A公開一種玻璃/陶瓷復合體系的低溫共燒陶瓷材料，其包括氮化鋁等高熱傳導性陶瓷材料與硼酸鹽系列的粉末狀玻璃材料，其公開的低溫共燒陶瓷材料的熱導率約為12.5?Wm^-1k^-1。又，CN100469730C公開一種氮化鋁/硼酸鹽玻璃低溫共燒陶瓷材料，其可將熱導率提高到10?Wm^-1k^-1左右。然而上述現有的文獻報道中，雖然材料的熱導率有一定的提高，但是AlN/玻璃復合體系的熱導率約為仍然較低，尚沒有更大的技術突破。因此研究和開發新的具有高熱導率的低溫共燒陶瓷材料仍具有重要的意義。

發明內容

面對現有技術存在的上述問題，本發明人經過銳意的研究，發現采用微晶玻璃作為玻璃/陶瓷復合體系LTCC材料的玻璃相，并通過調整玻璃相的組份及其含量可進一步調節低溫共燒陶瓷材料的熱膨脹系數、熱導率和燒結溫度，同時，燒結過程中微晶化的玻璃相可以促進聲子熱傳導。另外，申請人還意識到添加高熱導的一維材料用以“連接”高熱導率的陶瓷填料，可形成三維立體化的網絡狀導熱結構，可能進一步增強材料的熱傳導性能和機械強度。

因此，本發明人在此提供一種高熱導率的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述低溫共燒陶瓷材料由微晶玻璃、高熱導率的陶瓷填料和高熱導率的一維材料復合組成，其中，所述高熱導率的一維材料的重量百分含量為1～25wt%，優選5～25wt%。

本發明的低溫共燒陶瓷材料采用微晶玻璃作為玻璃/陶瓷復合體系LTCC材料的玻璃相，燒結過程中微晶化的玻璃相可以促進聲子熱傳導，可提高LTCC材料的熱傳導性。此外，添加高熱導的一維材料，可以“連接”高熱導率的陶瓷填料，形成三維立體化的網絡狀導熱結構，可進一步增強材料的熱傳導性能和機械強度：例如，本發明可將低溫共燒陶瓷材料的熱導率提高至18.8?Wm^-1k^-1，同時具有低的熱膨脹系數4.2×10^-6/℃，低的相對介電常數6.5和介電損耗1.6×10^-3（1?MHz），以及較好的機械性能（抗彎強度可達226?MPa），可用作一種綜合性能優良的高熱導率的低溫共燒陶瓷基板材料，適合在大功率電子器件和高密度封裝中使用。