低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及制備方法，所述LTCC陶瓷材料為在BaSO

LTCC ceramic material with low dielectric constant, low loss and near zero temperature coefficient and preparation method thereof

The invention provides a LTCC ceramic material with low dielectric constant, low loss and near zero temperature coefficient and a preparation method thereof. The LTCC ceramic material is in BaSO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及制備方法
本專利技術(shù)屬于電子陶瓷材料及其制造領(lǐng)域，具體涉及一種低成本低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
低溫共燒陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic，LTCC)技術(shù)是休斯公司于1982年開發(fā)出來的一種新型材料技術(shù)，它是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉體流延制成厚度均勻致密的生瓷帶、通過激光打孔、注漿、電路絲網(wǎng)印刷等工藝制成需要的電路圖形、多層疊壓后在900℃以下燒結(jié)成三維無源器件的一種集成技術(shù)。目前，LTCC技術(shù)廣泛用于制作微波通訊、半導(dǎo)體、光電子等領(lǐng)域制作電子元器件，它具有高集成度、高性能的顯著優(yōu)點(diǎn)。近年來，國際上無論是通用電子整機(jī)、通信設(shè)備還是民用消費(fèi)類的電子產(chǎn)品都迅速向小型化、輕量化、集成化、多功能化和高可靠性方法發(fā)展，推動(dòng)了LTCC技術(shù)在貼片式濾波器、諧振器、耦合器、LED顯示模塊、藍(lán)牙模塊、電感、電容等電子元器件中得到了廣泛應(yīng)用，對高性能LTCC材料需求越來越大。但目前商用化的高性能LTCC材料主要被國外壟斷，國內(nèi)在此領(lǐng)域始終未能取得關(guān)鍵性突破，導(dǎo)致我國研發(fā)的LTCC集成器件和組件成本高，不利于應(yīng)用和推廣。因此，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能LTCC材料迫在眉睫。目前LTCC材料主要分三類：1.微晶玻璃體系，這類體系的材料具有900℃以下易于燒結(jié)的特點(diǎn)，但多數(shù)存在介質(zhì)損耗偏大的缺點(diǎn)。2.玻璃+陶瓷復(fù)合體系，這種材料是使陶瓷材料通過添加玻璃粉料來達(dá)到低溫?zé)Y(jié)的目的，同時(shí)又能保持陶瓷材料良好的微波介電性能。3.純陶瓷體系，這類的材料體系很多情況下難于低溫?zé)Y(jié)，同時(shí)對于能夠900℃以下燒結(jié)的一些陶瓷材料又存在介質(zhì)損耗大的一些缺點(diǎn)，所以應(yīng)用場合相對較窄。BaSO4陶瓷材料原來豐富、成本低廉，是一種良好的微波介質(zhì)材料，常見用作高頻PCB的填充料。但BaSO4陶瓷燒結(jié)溫度高(～1300℃)，不能直接與Ag、Cu等低熔點(diǎn)金屬共燒；同時(shí)BaSO4陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)為～-50ppm/℃,不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。為了降低燒結(jié)溫度，常用有添加低熔點(diǎn)氧化物，但降溫幅度有限，不能達(dá)到900℃下燒結(jié)；另一類方法是添加低熔點(diǎn)玻璃，但玻璃相的存在大大提高了材料的介質(zhì)損耗，極大限制了BaSO4陶瓷及微波多層器件的發(fā)展。綜上所述，低成本、低介電常數(shù)、低損耗、近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及其制備方法成為了我們研究重點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及制備方法，以實(shí)現(xiàn)一種低成本低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料及制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其采用的玻璃與陶瓷復(fù)合制得的玻璃陶瓷材料，所述LTCC陶瓷材料以質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：x份的BaSO4，y份的BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料以及z份的TiO2，其中，x+y+z＝100。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的一種優(yōu)選方案，所述LTCC陶瓷材料以質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：60～75份的BaSO4，20～40份的BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料以及5～10份的TiO2。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的一種優(yōu)選方案，所述BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料按質(zhì)量比計(jì)，包括以下組分：25-35％的BaO，20-40％的B2O3，40-60％的SiO2，1-10％的Al2O3，0-2％的MgO，以及不大于2％的Na2O+K2O+Li2O。本專利技術(shù)采用上述玻璃體系是因?yàn)榇瞬Ａ?BBSAM)體系具有較低的玻璃軟化溫度(800℃以下)，通過調(diào)整玻璃中不同組分的含量，可以得到具有不同軟化溫度的玻璃材料，改變玻璃粉體在低溫共燒陶瓷材料中的含量、比例，可以達(dá)到控制材料燒結(jié)溫度的目的；同時(shí)此BBSAM系統(tǒng)的玻璃具有較低的介電常數(shù)，滿足低介電低溫共燒陶瓷材料的要求。本專利技術(shù)中所采用的BBSAM玻璃，B2O3、SiO2、Al2O3是玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成體，SiO2含量不能高于60％，當(dāng)高于60％時(shí)，玻璃熔制溫度過高，不利于生產(chǎn)，低于30％時(shí)不利于玻璃的形成；Al2O3含量低于5％時(shí)，不利于玻璃形成，高于25％時(shí)，玻璃的粘度太大，熔制溫度過高；B2O3有助于降低熔制玻璃溫度，含量低于20％時(shí)玻璃粘度過大，高于40％時(shí)，玻璃化學(xué)穩(wěn)定性變差；BaO有助于提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和降低玻璃熔制溫度的作用，低于20％時(shí)玻璃熔制溫度偏高，高于40％時(shí)玻璃介電常數(shù)增大；MgO有助于調(diào)節(jié)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的作用，含量太高，不利于玻璃形成；Na2O、K2O、Li2O有調(diào)節(jié)玻璃熔制溫度作用，總含量太高，玻璃化學(xué)穩(wěn)定性變差，同時(shí)玻璃的介質(zhì)損耗急劇變大，電性能變差。本專利技術(shù)中所采用的BBSAM玻璃，其工藝是，將玻璃組分按照比例配料，在V型混料機(jī)中干法混合，所得均勻粉體，于鉑金坩堝中在1400℃下熔制2小時(shí)，然后將玻璃液倒入水中淬冷，所得碎玻璃在滾筒球磨機(jī)中濕磨成漿料，玻璃粉體粒度D50在2.5um左右，然后烘干玻璃漿料得到玻璃粉體。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的一種優(yōu)選方案，所述LTCC陶瓷材料中TiO2調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)在0±10ppm/℃范圍內(nèi)。本專利技術(shù)所提供的LTCC陶瓷材料，其中用到的陶瓷粉體為：硫酸鋇(BaSO4)和二氧化鈦(TiO2)。硫酸鋇(BaSO4)具有介電常數(shù)低、介電損耗小的優(yōu)點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)硫酸鋇(BaSO4)和BBSAM玻璃的不同比例，可以達(dá)到調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度至900℃以下；二氧化鈦(TiO2)具有正的諧振頻率溫度系數(shù)(～+400ppm/℃),通過控制二氧化鈦的加入量，可以調(diào)節(jié)LTCC陶瓷材料的諧振頻率溫度系數(shù)在0±10ppm/℃范圍內(nèi)。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的一種優(yōu)選方案，所述LTCC陶瓷材料在室溫以及測試頻率60GHz下，介電常數(shù)為5.5～9，介電損耗為<2×10-3。本專利技術(shù)還提供一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1)，以硫酸鋇、二氧化鈦粉和玻璃粉為初始原料，以質(zhì)量份計(jì)配比以下組分：60～75份的BaSO4，20～40份的BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料以及5～10份的TiO2；步驟2)，以酒精為溶劑，經(jīng)砂磨機(jī)球磨1-2小時(shí)，漿料粒度控制在D50～2.5um，然后進(jìn)行烘干；步驟3)，添加粘結(jié)劑進(jìn)行造粒，壓制成型，最后進(jìn)行燒結(jié)，制成LTCC陶瓷材料。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料按質(zhì)量比計(jì)，包括以下組分：25-35％的BaO，20-40％的B2O3，40-60％的SiO2，1-10％的Al2O3，0-2％的MgO，以及不大于2％的Na2O+K2O+Li2O，按以上比例稱量，混合后裝入坩堝，在1200～1500℃下熔制1～3小時(shí)成玻璃液，淬冷后烘干磨細(xì)得到所述玻璃粉。作為本專利技術(shù)的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材的制備方法本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于，所述LTCC陶瓷材料以質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：x份的BaSO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于，所述LTCC陶瓷材料以質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：x份的BaSO4，y份的BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料以及z份的TiO2，其中，x+y+z＝100。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于，所述LTCC陶瓷材料以質(zhì)量份計(jì)，包括以下組分：60～75份的BaSO4，20～40份的BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料以及5～10份的TiO2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于，所述BaO-B2O3-SiO2-Al2O3基玻璃材料按質(zhì)量比計(jì)，包括以下組分：25-35％的BaO，20-40％的B2O3，40-60％的SiO2，1-10％的Al2O3，0-2％的MgO，以及不大于2％的Na2O+K2O+Li2O。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于，所述LTCC陶瓷材料中TiO2調(diào)節(jié)其諧振頻率溫度系數(shù)在0±10ppm/℃范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料，其特征在于：所述LTCC陶瓷材料在室溫以及測試頻率60GHz下，介電常數(shù)為5.5～9，介電損耗為<2×10-3。6.一種低介電常數(shù)低損耗近零溫度系數(shù)的LTCC陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1)，以硫酸鋇、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘭開東，
申請(專利權(quán))人：上海晶材新材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31