一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷及其制备方法

文档序号:8453257阅读:544来源:国知局
一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种低损耗、介电常数可调的低温烧结无铅系微波介质陶瓷及其制备 方法,属于陶瓷材料领域。
【背景技术】
[0002] 微波介质陶瓷是指用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的 陶瓷,作为一种新型功能陶瓷,在现代通讯中被广泛用作禪合器、谐振器、滤波器等微波器 件。作为电信号快速传输的关键材料,微波介质材料的综合性能直接决定了电子元器件的 性能与寿命。因此,及时开发出高品质微波介质陶瓷材料具有重要意义。
[0003] 随着巧片向高集成度、高频率、超多I/O端子数方向发展,尤其是混合集成电路和 多巧片组件技术的飞速发展,对电子元器件的模块化和小型化要求越来越迫切。最早由美 国休斯公司于1982年开发的低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramics,缩写 LTCC)技术是一种新型整合组件技术,用于实现高集成度、高性能电子封装技术领域,在设 计灵活性、布线密度和可靠性方面有着巨大的潜能。低温共烧陶瓷材料主要包括微波器件 材料、封装材料与LTCC基板材料。介电常数是低温共烧陶瓷材料最关键的性能,调整材料 介电常数在2-20000范围内系列化可W适应其不同应用领域。材料的介电损耗直接影响电 信号的快速传输。材料的烧结温度降低到900°CW下,利于实现与银电极的匹配共烧。现有 技术中解决该些问题的主要方法是调整材料体系、控制烧成制度与退火、添加低烙点氧化 物或玻璃等,但该样总会顾此失彼,难W实现介质材料综合性能的提高,不利于电信号的快 速传输。
[0004] 综上所述,随着微波介质陶瓷广泛用作禪合器、谐振器、滤波器等电子器件,而且 为了满足器件小型化、模块化与功能化要求,低温共烧陶瓷技术W其不可取代的独特优势, 逐渐成为电子元器件开发的主流技术。因此,寻找、制备与研究介电常数可调、低温烧结、环 保无铅系的新型微波介质陶瓷成为了人们当前研究的热点与重点。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷及其制备方法,本发明 提供的介质陶瓷材料性能优良、制备工艺简单,易于实现电子元器件的片式化、功能化与模 块化,适用范围广。
[0006] 本发明提供了一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷,所述介质陶瓷由下述质量百分 含量的原料制成;(Cax,Mgi_x)Ti〇3;l〇-60wt%;Ca〇-Al2〇3-B2〇3-Si〇2系微晶玻璃;40-90wt%; 式中;0 <X< 1。
[0007] 本发明提供了一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,包括W下步骤:
[000引 (a)制备所述的(Ca,,Mgi_x)Ti03陶瓷粉料,制备所述的CaO-Al203-B203-Si02系微 晶玻璃;
[0009] 化)将上述步骤(a)得到的所述(Ca,,Mgi_x)Ti化陶瓷粉料与所述 Ca〇-Al2〇3-B2〇3-S i〇2系微晶玻璃粉料按配比混合均匀;
[0010] (C)在上述步骤化)得到的混合物中加入有机流延体系制备出优质的浆料,流延 成型微波介质陶瓷生瓷带;
[ocm] (d)将上述步骤(C)得到的所述微波介质陶瓷生瓷带进行剪裁,印刷Ag-Pd线路图 形并叠合热压,然后置于娃碳椿炉内,于800~900°C烧结,冷却后取出,得到所述的无铅系 微波介质陶瓷。
[001引所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中制备所述的(Ca,,Mgi_,) Ti03陶瓷粉料是采用W下的固相反应法来制备;首先将原料化CO3、MgC03、Ti02按照配方 通式(Ca,,Mgi_y)Ti03配料,其中0<X<1,然后把所述粉料混合均匀后在温度为1100~ 1300°C下烧制成(Cay,Mgi_y)Ti03细晶粉末,然后将该(Cay,Mgi_y)Ti03细晶粉末经过破碎后, 采用湿法球磨所述细晶粉料,得到平均粒径为0. 5~5 y m的(Ca,,Mgi_,)Ti03陶瓷粉料。
[0013] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中制备所述的 Ca〇-Al2〇3-B2〇3-Si〇2系微晶玻璃粉料的详细过程如下;按照CaO-Al2〇3-B2〇3-Si〇2系微晶玻 璃的质量百分比配方称取原料,所述原料中的CaO为10~40wt%,Al2〇3为5~20wt%,B2〇3 为10~30wt%,Si化为30~60wt% ;然后往上述原料中添加晶核剂,揽拌混合均匀;然后 把混合后的物料置于销金相蜗内,使其完全烙融和均匀化,倒入蒸馈水中得到透明、无析晶 玻璃的碎渣;将所述碎渣经湿法球磨,得到棚娃酸盐系玻璃粉料,即Ca〇-Al2〇3-B2〇3-Si化系 微晶玻璃粉料。
[0014] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中所述销金相蜗内的温度为 1350~1550°C,在所述销金相蜗内的烙融时间为1~化。
[0015] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中所述晶核剂用量为 l-2wt%,所述湿法球磨时间为8~12h。
[0016] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中所述化〇-Al2〇3-B2〇3-Si化 系微晶玻璃粉料的平均粒径为0. 5~5 ym。
[0017] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中制备微波介质陶瓷生瓷带 所用的所述有机流延体系是由溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂、固化剂与消泡剂组成。
[001引所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中所述有机流延体系的各 组分占所述有机流延体系总量的质量百分含量分别为;溶剂为60~80wt%、分散剂为 2~20wt%、粘结剂为4~15wt%、增塑剂为1~lOwt%、固化剂为1-lOwt%、消泡剂为 l-5wt%。
[0019] 所述的低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,其中,所述溶剂为酒精、丙酬或 了酬中的任意两种互溶;所述分散剂为=己醇胺、緋鱼油或共聚酷胺中的任意一种或两种; 所述粘结剂为聚己締缩了醒、聚己締醇或丙締酸醋中的任意两种互溶;所述增塑剂为邻苯 二甲酸醋类;所述固化剂为丙締酸醋类;所述消泡剂为聚胺醋类与硅氧烷类混合活性剂。
[0020] 借由上述技术方案,本发明具有W下优点和效果:
[0021] (1)、节能,烧结温度较低,在800-900°C左右,实现了低温烧结。
[002引 (2)、烧成收缩可精确控制,能与Au,Ag等低烙点金属布线共烧。
[002引 (3)、烧结瓷体具有优异的介电性能:介电常数9~35连续可调;在IMHz-lOMHz频 率下,介电损耗<0. 0002 ;在IGHz-lOGHz频率下,介电损耗<0. 0015。
[0024] (4)、微波介质陶瓷生瓷带烧结体成瓷好、气孔率低、结构致密,导热好。
[0025] 巧)、浆料的固含量高,最高可达65wt%,有助于制备高质量的生瓷带。
[0026] 化)、实现了低温烧结,并配合Ag-Pd电极使用,利于工业化生产。
[0027] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段, 而可依照说明书的内容予W实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂,W下特举较佳实施例,详细说明如下。
【具体实施方式】
[002引为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,W下结合 较佳实施例,对依据本发明提出的一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷其【具体实施方式】、结 构、特征、制备方法及其功效,详细说明如后。
[0029] 本发明提供了一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷,所述陶瓷由下述质量百分含量 的原料制成:(Cax,Mgi_x)Ti〇3;l〇-60wt% ;Ca〇-Al2〇3-B2〇3-Si〇2系微晶玻璃;40-90wt% ;式 中;0 <X< 1。
[0030] 本发明提供了一种低温烧结无铅系微波介质陶瓷的制备方法,包含W下步骤:
[0031] 将原料CaC〇3、MgC〇3、Ti〇2按照配方通式(Cax,Mgi_x)Ti〇3配料,其中 0 <
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