一种氧化铋-氧化铌基LTCC基板材料及其制备方法与流程

本发明涉及ltcc基板材料技术领域，且特别涉及一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料及其制备方法。

背景技术：

ltcc基板材料是ltcc技术中低温共烧陶瓷作为基板的材料统称，ltcc基板材料的介电常数可以在很大范围内变动，增加了电路设计的灵活性ltcc基板材料经历了从简单到复合、从低介电常数到高介电常数和使用频段不断增加等发展过程。从技术成熟程度、产业化程度及应用广泛程度等角度来评价，目前ltcc技术是无源集成的主流技术。ltcc属于高新科技的前沿产品，广泛应用于微电子工业的各个领域，具有十分广阔的应用市场和发展前景。同时ltcc技术也将面临来自不同技术的竞争与挑战，必须继续强化自身技术发展和大力降低制造成本，不断完善或亟待开发相关技术。

目前，ltcc基板材料在日本、美国等发达国家已进入产业化、系列化和可进行材料设计的阶段。如美国(itri)正积极主导开发可埋入电阻、电容的pcb技术，并预计2-3年后达到成熟阶段，届时将以mcm-l形式与ltcc/mlc技术在高频通信模块领域成为强有力竞争对手。至于以微电子技术为核心开发的mcm-d技术来制作高频通信模块，也正在美、日、欧各大公司内积极展开。如何继续保持ltcc技术在无线通讯组件领域的主流地位，还必须继续强化自身技术发展和大力降低制造成本，不断完善或亟待开发相关技术，如解决与器件集成化制备工艺中异质材料的匹配共烧，化学兼容性及机电性能与界面行为等问题。

对于ltcc技术难点在于陶瓷基板与金、银等贵金属导体浆料匹配共烧，保证其介电性能基础上，不出现开裂，分层、翘曲等现象。因此，850℃-930℃下保温30min获得与贵金属浆料匹配良好，且介电性能满足要求的陶瓷粉体是解决ltcc基板的主要方向。现有的陶瓷材料虽然在介电性能上均可满足要求，但是在烧结特性上存在烧结温度过高或烧结时间过长，导致贵金属浆料大量扩散或挥发，严重影响器件的微波性能。同时匹配共烧效果不好，基板出现分层、翘曲等现象，对加工器件有很多约束。

特此，急需制备得出一种满足要求的ltcc基板材料。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料及其制备方法，改善了高介电常数介质陶瓷材料烧结温度高、烧结时间长导致贵金属浆料挥发或扩散问题以及低温共烧时收缩特性差异导致ltcc基板产生翘曲等问题，具备可加工性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提供一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料，其制备原料包括以下质量份的组分：bi2o3-nb2o5陶瓷粉料95.4-99.1份，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃0.01-1.5份，以及cuo-v2o5烧结助剂1-3.5份。

本发明还提供一种上述氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括如下步骤：

将bi2o3-nb2o5陶瓷粉料、zno-b2o3-sio2系微晶玻璃以及cuo-v2o5烧结助剂按比例混合，经流延、叠层热压和烧结处理，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料及其制备方法，通过配方各原料的优化设计，特别是通过添加微晶玻璃和烧结助剂，能够在有效降低生坯的烧结温度，缩短烧结时长的同时有效的调节主晶相的收缩特性，保证其收缩特性与贵金属导体浆料大致相同，实现与金的浆料具有很好的共烧匹配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1本发明实施例1中ltcc基板材料制备的工艺流程图；

图2本发明实施例1中ltcc基板材料的与金匹配共烧效果图；

图3本发明对比例1中ltcc基板材料的与金匹配共烧效果图；

图4本发明对比例2中ltcc基板材料的与金匹配共烧效果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供的一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料及其制备方法进行具体说明。

本发明实施例提供一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料，其制备原料包括以下质量份的组分：bi2o3-nb2o5陶瓷粉料95.4-99.1份，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃0.01-1.5份，以及cuo-v2o5烧结助剂1-3.5份。

本发明实施例提供一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料，其制备原料包括以下质量份的组分：bi2o3-nb2o5陶瓷粉料95.4-99.1份，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃0.01-1.5份，以及cuo-v2o5烧结助剂1-3.5份，通过在bi2o3-nb2o5陶瓷主晶相中添加zno-b2o3-sio2系微晶玻璃和cuo-v2o5烧结助剂进行配方优化设计，能够在有效降低生坯的烧结温度和烧结时长，及防止贵金属导体浆料在高温长时间烧结时出现挥发和在陶瓷基板中扩散，同时有效调节ltcc基板的收缩特性，使陶瓷基板在致密化过程中陶瓷开始收缩时间，收缩速率与收缩率与金属导体浆料基本相同，使两者之间实现匹配共烧。

同时，上述的混合比例不仅直接决定ltcc基板材料介电性能，而且是调控ltcc基板材料收缩起始时间，收缩率与收缩速率是否与金属导体浆料共烧匹配的关键工艺。如果配方比例不适合，基板的介电性能将不能满足ltcc组件设计要求，同时在与导体浆料匹配共烧时基板会产生翘曲，分层，导体浆料扩散等问题。

在一些实施方式中，bi2o3-nb2o5陶瓷粉料中bi2o3：nb2o5的摩尔比为0.8-1.2：1，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃中zno：b2o3：sio2的摩尔比为45-75：20-40：5-15，cuo-v2o5烧结助剂中cuo：v2o5的摩尔比为1.8-2.6：1。

在一些实施方式中，氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的介电常数为40≤εr≤49@8ghz，介电损耗tanδ为(3-8)×10^-4@8ghz。

本发明实施例还提供一种上述氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括如下步骤：

将bi2o3-nb2o5陶瓷粉料、zno-b2o3-sio2系微晶玻璃以及cuo-v2o5烧结助剂按比例混合，经流延、叠层热压和烧结处理，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

本发明实施例还提供一种上述氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括以下步骤：将制得的bi2o3-nb2o5陶瓷粉料，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃以及cuo-v2o5烧结助剂混合得到混合物料，特别是通过添加zno-b2o3-sio2系微晶玻璃以及低熔点氧化物烧结助剂cuo-v2o5，能够在有效降低生坯的烧结温度的同时有效的调节主晶相的收缩特性，使ltcc材料保证所制备的陶瓷基板具有良好的微波介电性能同时，又与金导体浆料具有很好的共烧匹配性，

将混合物料与有机流延体系混合制备出流延料，流延料经流延成型制备生瓷带，粒径选择和有机流延溶剂量的加入工艺可微量调节材料的收缩特性，对匹配共烧起进一步优化作用。

在一些实施方式中，bi2o3-nb2o5陶瓷粉料由以下步骤制备：按bi2o3：nb2o5的摩尔比＝0.8-1.2：1配料，球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在880±30℃下煅烧3-5小时。

在一些实施方式中，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃由以下步骤制备：按zno：b2o3：sio2的摩尔比为45-75：20-40：5-15配料，球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在1200-1400℃温度下熔炼时间2-5小时，再破碎球磨成粉。

在一些实施方式中，cuo-v2o5烧结助剂由以下步骤制备：按cuo：v2o5的摩尔比为1.8-2.6：1配料，球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在580±30℃下煅烧30-120min。

在一些实施方式中，流延包括以下步骤：将混合物料研磨成粒径为1.5μm-3.0μm的粉末，再与粘合剂，增塑剂，有机溶剂混合得到流延料，再将流延料流延制得厚度为35-120μm陶瓷生瓷带。

在一些实施方式中，叠层热压包括以下步骤：在陶瓷生瓷带的表面印刷金线路图形后，进行温水等静压，等静压条件为：压力20mpa-50mpa，保压时间30min-90min。

在一些实施方式中，烧结包括以下步骤：在880±40℃下烧结，并保温40±25min。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

参见图1，一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将bi2o3、nb2o5按bi2o3：nb2o5＝1：1摩尔比进行配料，混料球磨后，在880℃下煅烧4小时，制得bi2o3-nb2o5陶瓷粉料(bn)；

2)、zno、b2o3、sio2按摩尔比zno：b2o3：sio2＝45-75：20-40：5-15配料，将其按料：球：去离子水的质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，然后在1400℃熔融玻璃，将制备的玻璃渣再破碎球磨成粉，制得zno-b2o3-sio2系微晶玻璃(zbs)；

3)、将cuo、v2o5按cuo：v2o5＝1.8-2.6：1摩尔比进行配料；按料：球：去离子水按质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在600℃下煅烧30min，制得cuo-v2o5烧结助剂(vc)；

4)、将bn：zbs：vc＝98.1：0.3：1.6按质量比进行配料粉碎球磨，获得粒径为1.8μm的混合物料；

5)、将混合物料加入有机溶剂体系，制备流延料，采用流延成型工艺制备陶瓷生瓷带，厚度为45μm；然后进行陶瓷生瓷带叠层，并在表面印刷金导体浆料烘干，再进行温水等静压，等静压条件：压力45mpa，保压时间：30min。最后在箱式炉中烧结产品，该材料烧结温度900℃，保温30min，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

参见图2，图2为与金匹配共烧效果图，可见实施例1中制备得到的bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料的共烧效果良好。

以上制得氧化铋-氧化铌基ltcc基板介电性能性能的测试结果如下：介电常数为47.32@8ghz、介电损耗tanδ≈5.48×10^-4@8ghz，同时共烧匹配性能良好，没有出现翘曲，开裂等现象。

实施例2

一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将bi2o3、nb2o5按bi2o3：nb2o5＝1：1摩尔比进行配料，混料球磨后，在900℃下煅烧4小时，制得bi2o3-nb2o5陶瓷粉(bn)；

2)、zno、b2o3、sio2按摩尔比zno：b2o3：sio2＝45-75：20-40：5-15配料，将其按料：球：去离子水的质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，然后在1400℃熔融玻璃，将制备的玻璃渣再破碎球磨成粉，制得zno-b2o3-sio2系微晶玻璃(zbs)；

3)、将cuo、v2o5按cuo：v2o5＝1.8-2.6：1摩尔比进行配料；按料：球：去离子水按质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在600℃下煅烧30min，制得cuo-v2o5烧结助剂(vc)；

4)、将bn：zbs：vc＝98.5：0.1：1.4按质量比进行配料粉碎球磨，获得粒径为2.1μm的混合物料；

5)、将混合物料加入有机溶剂体系，制备流延料，采用流延成型工艺制备陶瓷生瓷带，厚度为95μm；然后进行陶瓷生瓷带叠层，并在表面印刷金导体浆料烘干，再进行温水等静压，等静压条件：压力45mpa，保压时间：30min。最后在箱式炉中烧结产品，该材料烧结温度870℃，保温30min，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

以上制得氧化铋-氧化铌基ltcc基片介电性能性能的测试结果如下：介电常数为43.62@8ghz、介电损耗tanδ≈3.45×10^-4@8ghz，同时共烧匹配性能良好，没有出现翘曲，开裂等现象。

实施例3

一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将bi2o3、nb2o5按bi2o3：nb2o5＝0.8：1摩尔比进行配料，混料球磨后，在900℃下煅烧4小时，制得bi2o3-nb2o5陶瓷粉(bn)；

2)、zno、b2o3、sio2按摩尔比zno：b2o3：sio2＝45-75：20-40：5-15配料，将其按料：球：去离子水的质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，然后在1400℃熔融玻璃，将制备的玻璃渣再破碎球磨成粉，制得zno-b2o3-sio2系微晶玻璃(zbs)；

3)、将cuo、v2o5按cuo：v2o5＝1.8-2.6：1摩尔比进行配料；按料：球：去离子水按质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在600℃下煅烧30min，制得cuo-v2o5烧结助剂(vc)；

4)、将bn：zbs：vc＝97.5：1.5：1按质量比进行配料粉碎球磨，获得粒径为2.1μm的混合物料；

5)、将混合物料加入有机溶剂体系，制备流延料，采用流延成型工艺制备陶瓷生瓷带，厚度为75μm；然后进行陶瓷生瓷带叠层，并在表面印刷金导体浆料烘干，再进行温水等静压，等静压条件：压力45mpa，保压时间：30min。最后在箱式炉中烧结产品，该材料烧结温度850℃，保温20min，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

以上制得氧化铋-氧化铌基ltcc基片介与金属导体浆料共烧匹配性能良好，没有出现翘曲，开裂等现象。

实施例4

一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料的制备方法，包括以下步骤：

1)、将bi2o3、nb2o5按bi2o3：nb2o5＝1：1.2摩尔比进行配料，混料球磨后，在900℃下煅烧4小时，制得bi2o3-nb2o5陶瓷粉(bn)；

2)、zno、b2o3、sio2按摩尔比zno：b2o3：sio2＝45-75：20-40：5-15配料，将其按料：球：去离子水的质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，然后在1400℃熔融玻璃，将制备的玻璃渣再破碎球磨成粉，制得zno-b2o3-sio2系微晶玻璃(zbs)；

3)、将cuo、v2o5按cuo：v2o5＝1.8-2.6：1摩尔比进行配料；按料：球：去离子水按质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在600℃下煅烧30min，制得cuo-v2o5烧结助剂(vc)；

4)、将bn：zbs：vc＝96.49：0.01：3.5按质量比进行配料粉碎球磨，获得粒径为2.5μm的混合物料；

5)、将混合物料加入有机溶剂体系，制备流延料，采用流延成型工艺制备陶瓷生瓷带，厚度为65μm；然后进行陶瓷生瓷带叠层，并在表面印刷金导体浆料烘干，再进行温水等静压，等静压条件：压力45mpa，保压时间：30min。最后在箱式炉中烧结产品，该材料烧结温度850℃，保温15min，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

以上制得氧化铋-氧化铌基ltcc基片介与金属导体浆料共烧匹配性能良好，没有出现翘曲，开裂等现象。

对比例1

本例中的主要制备方法和步骤与前面实施列3相同，不同之处仅在于：在实施例3基础上改变步骤4)中bn：zbs：vc比例，按质量比为bn：zbs：vc＝95：1.5：3.5。

如图3所示，经检测，以上制得的bi2o3-nb2o5基板介金导体浆料烧结后没有翘曲，但是共烧效果较差，出现金扩散和vc上浮表面现象，具体表现为金面较暗。

对比例2

本例给出一种氧化铋-氧化铌基基板材料与金的浆料共烧不匹配的制备方法，其中主要制备方法和步骤与前面实施列相同，主要不同处为cuo-v2o5烧结助剂的用量超出本发明中要求的范围，包括以下步骤：

1)、将bi2o3、nb2o5按bi2o3：nb2o5＝1：1摩尔比进行配料，混料球磨后，在880℃下煅烧3.5小时，制得bi2o3-nb2o5陶瓷粉(bn)；

2)、zno、b2o3、sio2按摩尔比zno：b2o3：sio2＝45％-75％zno：20％-40％b2o3：5％-15％sio2配料，将其按料：球：去离子水的质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，然后在1400℃熔融玻璃，将制备的玻璃渣再破碎球磨成粉，制得zno-b2o3-sio2系微晶玻璃(zbs)；

3)、将cuo、v2o5按cuo：v2o5＝1.8-2.6摩尔比进行配料；按料：球：去离子水按质量比1：3：2混合，行星式球磨机球磨6-8小时后过筛网并干燥，再粉碎均匀，在600℃下煅烧30min，制得cuo-v2o5烧结助剂(vc)；

4)、将bn：zbs：vc＝98.5：0.2：4按质量比进行配料粉碎球磨，获得粒径为2μm的混合物料；

5)、将混合物料加入有机溶剂体系，制备流延料，采用流延成型工艺制备陶瓷生瓷带，厚度为65μm；然后进行陶瓷生瓷带叠层，并在表面印刷金导体浆料烘干，再进行温水等静压，等静压条件：压力45mpa，保压时间：30min。最后在箱式炉中烧结产品，该材料烧结温度880℃，保温30min，制得bi2o3-nb2o5基ltcc基板材料。

以上制得氧化铋-氧化铌基基板介电性能性能的测试结果如下：介电常数为46.82@8ghz、介电损耗tanδ≈6.96×10^-4@8ghz，参见图4可以看出，与金导体浆料共烧效果略差，出现翘曲现象，其翘曲程度在1％左右。

综上，本发明实施例提供一种氧化铋-氧化铌基ltcc基板材料及其制备方法，其制备原料包括以下质量份的组分：bi2o3-nb2o5陶瓷粉料95.4-99.1份，zno-b2o3-sio2系微晶玻璃0.01-1.5份，以及cuo-v2o5烧结助剂1-3.5份。由于制备原料中包括既可降低烧结温度和烧结时长，又可调控陶瓷基板在致密化过程陶瓷的收缩特性(收缩开始时间，收缩速率，收缩率)的zno-b2o3-sio2系微晶玻璃以及低熔点氧化物烧结助剂cuo-v2o5，使得以上述的组分为制备原料在烧结的过程中，保证其收缩特性与贵金属导体浆料大致相同，可与金的浆料在880±40℃的条件下保温40±25min实现匹配共烧，导体浆料不挥发不扩散，基板不翘曲。在保证所制备的ltcc基板材料具有良好的微波介电性能同时，又与金的浆料具有很好的共烧匹配性。

同时，本领域技术人员应该了解，由于ltcc基板材料可应用性主要在于与金属导体浆料低温快速匹配共烧，势必每个配方中主晶相，玻璃微晶，氧化物烧结助剂，粒度等均会影响材料匹配共烧效果，因此仅改变一种或两种变量均有可能产生共烧不匹配的问题。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。