一种超低温烧结的微晶玻璃及其制备方法和应用

本发明属于低温共烧陶瓷领域，尤其涉及一种超低温烧结的微晶玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

1、低温共烧陶瓷(low temperature co-fired ceramic；ltcc)是一种用于电子工业的材料，其具有优异的电气、机械和热性能。近年来，随着电子器件小型化、集成化的发展，这种材料由于其将多个组件集成到单个封装器件中的能力而受到广泛研究。主要的技术路线有:陶瓷类ltcc、微晶玻璃类ltcc和玻璃+陶瓷复合材料ltcc。ltcc是一种多层陶瓷材料，在相对较低的温度下制造，通常在小于900℃；其在高频下拥有良好的介电性能，使其成为集成金属导体、电阻、电容器和其他组件的理想材料。随着对更小、更高效器件的需求不断增加，ltcc很可能成为电子工业中越来越重要的材料。

2、在过去，ltcc在850℃到1000℃的温度范围内被烧制，这限制了它在某些类型的电子设备中的应用。采用新材料和新工艺，实现了ltcc超低温烧结技术的发展。ultcc技术利用共烧工艺，允许在单个基板上集成多层电路、电容器、电阻和其他组件，使其成为电子设备小型化的理想解决方案。与传统的电子封装方法相比，ultcc技术具有几个优点，包括高可靠性、优异的电气和热性能以及低成本。超低温烧结技术的发展也使ltcc更加环保。较低的烧制温度降低了与制造过程相关的能源消耗和碳排放。但目前超低温烧结具有高频高介电性能的微晶玻璃很少。

3、微晶玻璃材料在制备ultcc材料时的关键缺陷是微玻介电性能的恶化，尤其是介电损耗的增高。性能恶化的主要原因是烧结过程中为降低烧结温度而引入的玻璃相。烧结过程完成后，在保证致密性的前提下，使玻璃相析晶或二次析晶减少玻璃相，提高微玻介电性能是ltcc技术发展的另一个关键问题。并且，部分烧结致密的微晶玻璃也有可能与铝、银电极发生反应从而限制了在实际中的应用。因此，开发一种超低烧结温度、低成本的新型微晶玻璃ltcc材料，并且能够与铝、银等常用电极共烧，对电子器件的小型化、轻型化及多功能化等方面具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种超低温烧结的微晶玻璃及其制备方法和应用，解决现有技术中微晶玻璃烧结温度过高或超低温烧结导致介电性能较差的技术问题。

2、为达到上述技术目的，本发明提供的技术方案是：

3、第一方面，本发明提供一种超低温烧结的微晶玻璃，按氧化物的摩尔百分比计，包括如下组分:48～52mol％的li2o，43～47mol％的b2o3和3～7mol％的al2o3。

4、第二方面，本发明提供一种超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：按组分配比称取原料，混合均匀得到混合料；将混合料熔融后水淬得到玻璃渣，玻璃渣经烘干后粉碎过筛得到玻璃粉；玻璃粉压制成型得到玻璃生坯，玻璃生坯在610～650℃下保温3～10h后降至室温，得到超低温烧结的微晶玻璃。

5、第二方面，本发明提供一种超低温烧结的微晶玻璃在制备超低温共烧陶瓷基板中的应用。

6、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

7、(1)本发明所述的制备方法简单合理，通过对各种原料组成的合理配置，实现了微晶玻璃烧结过程和析晶过程的分隔，使所制备的微晶玻璃具有更低的烧结温度和更高的烧结致密化；

8、(2)本发明所制备的具有超低烧结温度(650℃)的微晶玻璃在12.5～13.6ghz频率下，具有高热膨胀系数(13～15ppm/℃)，低介电常数(5.5～7.5)和低介电损耗(0.00062～0.00285)，介电性能好；同时能够与铝或银电极实现匹配共烧结，满足ltcc基板材料的应用需求。

技术特征：

1.一种超低温烧结的微晶玻璃，其特征在于，按氧化物的摩尔百分比计，包括如下组分:48～52mol％的li2o，43～47mol％的b2o3和3～7mol％的al2o3。

2.根据权利要求1所述的超低温烧结的微晶玻璃，其特征在于，所述超低温烧结的微晶玻璃的主晶相为libo2，次晶相为li3alb2o6。

3.根据权利要求1所述的超低温烧结的微晶玻璃，其特征在于，按氧化物的摩尔百分比计，包括如下组分:48～52mol％li2o，43～47mol％b2o3，和4～5mol％al2o3。

4.如权利要求1-3任一项所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，原料通过球磨8～16h后烘干的方式混合均匀，得到所述混合料。

6.根据权利要求4所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述混合料熔融的条件为：900～1100℃下保温5～15min。

7.根据权利要求4所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃渣在60～90℃烘干；粉碎方式为球磨2～6h；过筛的目数≥20目。

8.根据权利要求4所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃粉压制成型的压力为5～20mpa，时间为5～15min。

9.根据权利要求4所述的超低温烧结的微晶玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃生坯的升温速率为5℃/min。

10.如权利要求1-3任一项所述的超低温烧结的微晶玻璃在制备超低温共烧陶瓷基板中的应用。

技术总结
本发明涉及一种超低温烧结的微晶玻璃及其制备方法和应用，按氧化物的摩尔百分比计，包括如下组分:48～52mol％的Li<subgt;2</subgt;O，43～47mol％的B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和3～7mol％的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;。本发明所述的制备方法简单合理，通过对各种原料组成的合理配置，实现了微晶玻璃烧结过程和析晶过程的分隔，具有更低的烧结温度和更高的烧结致密化，所得微晶玻璃具有高热膨胀系数、低介电常数和低介电损耗，同时能够与铝或银电极实现匹配共烧结，满足LTCC基板材料的应用需求。

技术研发人员：王静,邹澳琪,韩建军,李路瑶
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15