一种低介低损耗LTCC材料及其制备方法和生瓷带与流程

本发明涉及功能材料，尤其涉及一种低介低损耗ltcc材料及其制备方法和生瓷带。

背景技术：

1、随着无线通信设备及微波技术的不断进步，具有小型、轻量和多功能特点的微波电路元件愈发受到电子产品消费市场的关注。诞生于上个世纪八十年代的低温共烧陶瓷(ltcc)技术是实现微波元器件向高密度集成、高可靠性、高频率等方向发展的重要途径。ltcc技术是以三维立体空间上进行电路设计，并根据设计的结构，将电极材料、介质材料一次性烧成，是一种应用于高集成、轻质以及高性能的封装技术。ltcc技术对材料的烧结温度有严格的要求，为了能够与ag(961℃)等电极共烧，要求材料的烧结温度低于950℃。此外，为了封装的要求，ltcc材料要有一定的热导率、适当的热膨胀系数以及高机械强度，以满足高可靠的封装要求。

2、典型的商业化ltcc材料有以下两种体系：(1)微晶玻璃材料，如ferro公司的a6m生瓷带，材料主要是ca-b-si微晶玻璃，在烧结过程中，玻璃晶化成低损耗相，使得材料具有低介电损耗。a6m生瓷带在1-100ghz下的损耗＜0.002，介电常数为5.9，满足高频微波电路的需求。(2)陶瓷+玻璃材料，在陶瓷填料中添加低软化点玻璃以实现降低电子陶瓷材料的烧结温度，陶瓷如al2o3、莫来石、堇青石等，玻璃具有较低的介电常数，以及较低的软化点使得玻璃与陶瓷烧结过程中形成较好的浸润。与微晶玻璃系相比，陶瓷加玻璃体系的机械强度较高，且材料的性能比较稳定，材料批次间的差异性较为容易控制，是商用ltcc材料在设计配方时的优选方案。

3、目前微晶玻璃、陶瓷+可析晶玻璃这两种低介低损耗ltc体系，玻璃在烧结过程中析晶成低介低损耗的陶瓷相，这种相变的过程较为复杂，如a6m生瓷带材料在烧结时会析晶形成casio3、cab2o4相，9k7生瓷带材料在烧结时不仅玻璃相自身析晶成labo3相，还存在玻璃与氧化铝基体的反应，形成新的硼铝酸钙相，且通常要求与ag、cu、au导体烧结匹配，通常要求其低温致密化过程能够与导体材料的烧结过程相配合，不然容易导致烧结陶瓷翘曲、起泡等现象。目前商用ltcc材料体系中，如a6m材料、9k7材料基本都以微晶玻璃为主，如9k7材料的微晶玻璃含量超过50％，a6m材料则100％都为微晶玻璃材料，此类材料在烧结时由于残余未析晶的玻璃相通常介电损耗较大，影响材料性能。

技术实现思路

1、基于此，针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种低介低损耗ltcc材料及其制备方法和生瓷带，该低介低损耗ltcc材料采用低温烧结陶瓷作为陶瓷填充相、低熔点玻璃相作为低烧助剂的复相陶瓷体系，其烧结致密化过程为液相助融烧结机制，与微晶玻璃体系相比与导体的的共烧匹配相对较易，且采用与陶瓷填充相成份相近的玻璃助剂能够降低介电损耗，是设计低介低损耗ltcc材料的首选方案。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明提供的一种低介低损耗ltcc材料，其特征在于，其由陶瓷填充相和玻璃低烧助剂混合制备而成，其中，所述陶瓷填充相为镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷labsio5，所述玻璃低烧助剂为la2o3-b2o3玻璃。

4、作为本发明上述方案的进一步改进，所述低介低损耗ltcc材料的表达式为(1-x)labsio5+xla2o3-b2o3，其中，0≤x≤0.4。

5、作为本发明上述方案的进一步改进，所述la2o3-b2o3玻璃的主要组分为20～30wt％la2o3、65～80wt％b2o3。

6、作为本发明上述方案的进一步改进，所述la2o3-b2o3玻璃还包括以下组分：0～3wt％tio2、0～1wt％na2o和/或0～1wt％li2o。

7、本发明提供的一种如前所述的低介低损耗ltcc材料的制备方法，其包括以下步骤：

8、s1.按照化学式labsio5称取镧源、硼源、硅源并将镧源、硼源、硅源充分混合，将混合料经过湿法混料球磨后烘干，煅烧得到粉体，将粉体细磨，即得镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷labsio5；

9、s2.按照玻璃低烧助剂主要组分为20～30wt％la2o3、65～80wt％b2o3称取镧源、硼源并将镧源、硼源经过干法混合后，熔融后制成玻璃渣，球磨，即得la2o3-b2o3玻璃；

10、s3.将所述镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷labsio5与所述la2o3-b2o3玻璃充分混合后，即得低介低损耗ltcc材料。

11、作为本发明上述方案的进一步改进，所述步骤s1中，所述镧源、所述硼源、所述硅源分别为la2o3、h3bo3、sio2；

12、和/或，所述步骤s1中，所述煅烧是在950℃～1050℃下煅烧4-6h；

13、和/或，所述步骤s1中，所述细磨是将labsio5粉体、球磨球、水按照1:2:2的质量比置于行星球磨机中在转速为350～400r/min下球磨4～6h，得到粒度为d50:1.5～3.0μm的镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷labsio5。

14、作为本发明上述方案的进一步改进，所述步骤s2中，所述镧源、所述硼源分别为la2o3、h3bo3；

15、和/或，所述步骤s2中，所述熔融是在1100℃～1200℃下保温30～60min；

16、和/或，所述步骤s2中，所述玻璃低烧助剂的粒径为d50～3.0±0.5μm。

17、作为本发明上述方案的进一步改进，所述步骤s3中，按照质量比计，所述镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷labsio5与所述la2o3-b2o3玻璃的混合比例为1-x：x，0≤x≤0.4。

18、本发明提供的一种生瓷带，其由前所述的低介低损耗ltcc材料制备而成，或者由前所述的制备方法制备的低介低损耗ltcc材料制备而成。

19、作为本发明上述方案的进一步改进，所述生瓷带的制备方法为：将所述低介低损耗ltcc材料与乙醇、异丙醇、丁酮、分散剂、邻苯二甲酸二丁酯、粘接剂混合后得到流延浆料，将流延浆料球磨后脱泡，流延制得生瓷带。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1.本发明的低介低损耗ltcc材料以具有低介低损耗特性且烧结温度较低(＜1200℃)的镧硼硅酸盐系微波介质陶瓷为陶瓷填充相，镧硼硅酸盐系以labsio5为主晶相，labsio5陶瓷可以在1100℃～1200℃的范围内烧结致密，且介电常数较低(εr＜7.0)，且q×f约为50000ghz，是一种潜在的低介低损耗ltcc材料的陶瓷填充相；并以la2o3-b2o3玻璃为玻璃低烧助剂，la2o3-b2o3玻璃具有较低的软化点，在烧结前期形成液相促进颗粒的流动传质，降低烧结陶瓷的孔隙率；烧结过程中，液相玻璃中的la2o3-b2o3会与陶瓷中残余的sio2第二相会部分形成labsio5相、labo3相，降低陶瓷基体里的残余第二相的同时，提高了la2o3-b2o3玻璃的析晶程度，进一步降低陶瓷玻璃体系的损耗；labo3相的介电常数约为7.5，且q×f约为70000ghz，具有低介低损耗的特性，可以显著降低玻璃体系的介电损耗，从而使得此玻璃陶瓷复合体系具备低介低损耗的特性。

22、2.本发明采用低温烧结陶瓷作为陶瓷填充相、低熔点玻璃相作为低烧助剂的复相陶瓷体系，其烧结致密化过程为液相助融烧结机制，与微晶玻璃体系相比与导体的的共烧匹配相对较易，且采用与陶瓷填充相成份相近的玻璃助剂能够降低介电损耗，是设计低介低损耗ltcc材料的首选方案。

23、3.本发明通过控制陶瓷玻璃体系中la2o3-b2o3玻璃的比例，可以有效降低复相体系的烧结温度，使得labsio5系材料能够在低于900℃的温度范围内烧结，且具有优异的微波介电性能，使得采用ltcc生瓷带制备成的ltcc基板材料具有较低的介电常数和介电损耗。

24、4.本发明制备的(1-x)labsio5+xla2o3-b2o3系玻璃陶瓷材料能够在较低温度850℃～900℃的范围内烧结，其介电常数为5.7～6.7(30ghz)，介电损耗为0.0015～0.0028(30ghz)，满足电路对基板材料的微波介电性能要求，满足与银共烧的烧结温度要求，另外，基板材料与银共烧时，不与银发生化学反应，满足与银共烧的化学兼容性要求，因而能很好地实现与银电极的低温共烧。