[发明专利]一种高纯超薄高强度氧化铝陶瓷基板及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种高纯超薄高强度氧化铝陶瓷基板，包括以下原材料组分和各原材料组分的重量份数：氧化铝粉体100重量份；醇和酯的混合有机溶剂55‑70重量份；分散剂1‑2重量份；粘结剂9‑11重量份；增塑剂1.5‑5.5重量份；其中，所述氧化铝粉体为纯度≥99.9％、粒径D₅₀在200‑500nm的高纯α相氧化铝粉体，所述氧化铝陶瓷基板的厚度为0.12‑1.10mm，体积密度≥3.88g/cm³，弯曲强度≥550MPa。本发明还提供如上所述的高纯超薄高强度氧化铝陶瓷基板的制备方法和在薄膜集成电路中的应用。

技术领域

本发明属于陶瓷电路基板技术领域，具体涉及一种高纯超薄高强度氧化铝陶瓷基板及其制备方法和在薄膜集成电路中的应用。

背景技术

薄膜集成电路是在绝缘基板上，全部采用薄膜工艺如光刻、蒸发、溅射、沉积等方式制作有源元件、无源元件和互连而构成的电路，或者仅由薄膜工艺制作无源元件和互连线形成无源网络，并在其上面组装半导体器件等而构成的电路。薄膜混合集成电路是在同一个基片上，采用薄膜工艺制成无源网络，并组装上分立的微型元件、器件、半导体芯片或单片集成电路等。薄膜电路的优点是制作的元件参数范围宽、精度高、温度频率特性好，可以工作到毫米波段，并且集成度较高、尺寸小。

常见的绝缘陶瓷基板主要有Al₂O₃、AlN、SiC和BeO等。其中BeO和SiC热导率很高，但BeO具有毒性，应用范围小，所以产量低；SiC因体积电阻小、介电常数较大、介电损耗较高，不利于信号的传输，且成型工艺复杂，设备昂贵，所以应用范围也很小；AlN陶瓷基板具有很高的热导率(理论值为319W/m·K，商品化的AlN陶瓷基板热导率大于170W/m·K)、较低的介电常数和介电损耗，以及和硅相匹配的热膨胀系数等优点，但由于成本高，一直没能大规模应用；氧化铝陶瓷基板虽然热导率相对较低(20～30W/m·K)，但具有良好的机械强度、稳定性、耐高压性和绝缘性，且原料来源丰富、生产工艺相对简单，制备成本远低于其他陶瓷基板，是目前应用最广泛的陶瓷基板材料，市场占有率超过了90％。

高纯氧化铝陶瓷基板具有高频介电常数高、介质损耗低、绝缘性能好、热导率高且与元器件的线膨胀系数相近等优点，广泛应用于薄膜集成电路、厚膜薄膜混合集成电路以及各种薄膜元器件中。随着电子元器件往小型化、高性能和多功能方向的发展，薄膜电路的小型化和高精度设计尤为关键，因此对超薄高纯氧化铝陶瓷基板的性能提出了更高的要求。

目前，超薄基板的制备较难，一方面烧结易产生翘曲变形，造成成品率低，另一方面烧结温度较高且保温时间过长都会导致氧化铝陶瓷晶粒生长较大，造成制备的基板强度偏低，不利于后期电路的制备。综上，制备出超薄高强度的高纯氧化铝陶瓷基板具有重要的意义。

专利文献CN109160809A采用一种粗轧和精轧成型方法制备了超薄亚微米结构氧化铝陶瓷，在浆料配制过程中需要调节pH值和干燥脱水，而采用的烧结方法是氢气气氛烧结，生产工艺略显繁琐，而烧结成本也较高，不适合大批量氧化铝基板的低成本制备，同时为降低烧结温度引入了过多的烧结助剂，对于制备高纯氧化铝基板尤其是纯度大于99wt％的基板来说是不合适的，还可能会降低陶瓷基板的介电性能。另一方面，该专利文献采用的氧化铝粉体的粒径为100～200nm之间的α相氧化铝粉体，比表面积为12～20m²/g，采用的氧化铝粉体粒径小、比表面积大，对于配制高固含量浆料比较困难，而低固含量浆料制备的流延素坯在后期干燥和烧结过程中会存在较大收缩，造成基板翘曲变形严重，且更容易开裂。

专利文献CN112174648A采用水基注凝成型方法制备了纯度大于99wt％的高纯氧化铝陶瓷基板，该方法在制备厚膜基板方面优势比较明显，但是对于制备0.5mm以下的基板来说相对困难，基板在干燥和烧结阶段容易开裂。