一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料及其制备方法，所述微晶玻璃系微波介质材料是由CuO‑B

【技术实现步骤摘要】
一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料及其制备方法
本专利技术涉及一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料及其制备方法，属于电子封装材料领域。
技术介绍
低温共烧陶瓷(Lowtemperatureco-firedceramics,LTCC)可以与高电导率的金属(如金，银，铜等)在850-950℃下一体化共烧，具有介电性能可调、与硅芯片材料相近的热膨胀系数、高的化学稳定性以及良好的机械性能等众多优点，已在无线通讯、航空航天、生物医药及能源
已获得了广泛的应用。作为高频电子封装基板材料使用时，LTCC材料须具有较低的相对介电常数(<10)以降低信号的延时，同时具有低的介电损耗以保证信号传输质量，另外，还须能够与银或铜等金属在950℃以下匹配共烧。近年来，随着高密度、集成化电子封装的快速发展，研究开发能够与半导体、甚至有机材料工艺温度兼容的LTCC材料成为LTCC技术发展的新方向之一。一种被称为超低温共烧陶瓷(Ultra-lowtemperatureco-firedceramics,ULTCC)的材料成为LTCC技术研究领域的热点。为了能够与低熔点的金属铝(熔点660℃)电极材料共烧，ULTCC材料的烧结温度一般须在650℃以下。目前，现有文献报道中的低介电常数ULTCC材料多以钼酸盐、钒酸盐、碲酸盐等具有本征低烧结温度的陶瓷材料为主(Int.Mater.Rev.2015,60,392)，在近年来的专利申请中，也已有相关涉及到超低温烧结的微波介质陶瓷材料及其制备(专利申请号：201510259606.1,201410825333.8,201310458359.9,201310141266.3,201010192027.7)，但上述材料体系存在原料毒性、烧结工艺敏感、以及与银或铝发生化学反应等方面的问题。一些具有低析晶温度的微晶玻璃被认为是有希望实用化的ULTCC材料体系。例如，Yu等人报道的ZnO-B2O3微晶玻璃体系(J.Am.Ceram.Soc.,2014,97,704)，其在650℃下可析出具有低介电常数和低损耗的Zn3B2O6和Zn(BO2)2相，并且能与银电极材料匹配共烧。与ZnO-B2O3二元体系类似，CuO-B2O3二元氧化物体系中存在CuB2O4和Cu3B2O6两种主晶相，其中CuB2O4单晶已被证明具有较低的介电常数(～6)和介电损耗(≤10-3)(Phys.Rev.B,2007,76,144401；Phys.Rev.B,2013,88,024301)，说明CuB2O4很可能成为一种新的微波介电材料。另一方面，由于低介电常数微晶玻璃系LTCC材料长期被以FerroA6为代表的国外公司产品垄断，同时鉴于ULTCC材料的广阔应用前景，研究开发低成本，性能稳定，并可与银、尤其是与更为廉价的铝电极实现超低温匹配共烧的低介电常数ULTCC材料对国内LTCC技术的发展和应用具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种低成本，性能稳定，并可与银、尤其是与更为廉价的铝电极实现超低温匹配共烧的低介电常数ULTCC材料。一方面，本专利技术提供了一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料，所述微晶玻璃系微波介质材料是由CuO-B2O3-Li2O三元氧化物烧结而成，其中CuO含量为15～35wt％，B2O3含量为45～65wt％，Li2O含量为5～30wt％。专利技术人发现CuO-B2O3-Li2O三元氧化物体系中存在较大范围的玻璃相，且在一定的组成范围内，可在较低的温度下析出CuB2O4晶相。对此专利技术人控制CuO含量为15～35wt％，B2O3含量为45～65wt％，Li2O含量为5～30wt％，制备得到一种低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料。另外CuO-B2O3二元体系无法制备获得玻璃相，Li2O是玻璃网络修饰剂，其作用主要是促进玻璃相的形成，降低玻璃软化温度，而CuO-B2O3二元体系无法制备获得玻璃相。Li2O含量取值决定了所形成的物相，在本专利技术中Li2O的含量下，可以得到CuB2O4相的微晶玻璃，而其他Li2O含量取值下可能会偏离CuB2O4相形成区域，而富含Li的第二相材料的微波介电性能尚不清楚是否能够满足使用要求。较佳地，所述微晶玻璃系微波介质材料在13GHz下的相对介电常数为5.6～5.9、在13GHz下的低损耗为0.001～0.005。另一方面，本专利技术还提供了一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料的制备方法，包括：将Cu源、B源和Li源混合，在950～1100℃下保温1～2小时后，得到熔融的玻璃液；将所得熔融的玻璃液倒入去离子水中，得到玻璃碎料；将所得玻璃碎料球磨后制坯，在600～650℃烧结15～60分钟后随炉冷却，得到所述微晶玻璃系微波介质材料。较佳地，所述Cu源为CuO。较佳地，所述B源为B2O3和/或H3BO3。较佳地，所述Li源为Li2O和/或Li2CO3。较佳地，以5～10℃/分钟升温至950～1100℃。再一方面，本专利技术还提供了一种将上述超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料与金属电极共烧而制备的微晶玻璃系微波介质材料与金属电极的共烧体。较佳地，所述金属电极为Ag或Al。第四方面，本专利技术还提供了一种上述微晶玻璃系微波介质材料与金属电极的共烧体的制备方法，包括：将Cu源、B源和Li源混合，在950～1100℃下保温1～2小时后，得到熔融的玻璃液；将所得熔融的玻璃液倒入去离子水中，得到玻璃碎料；在所得玻璃碎料中加入金属电极粉末，球磨后制坯，在600～650℃烧结15～60分钟后随炉冷却，得到所述微晶玻璃系微波介质材料与金属电极的共烧体。采用本专利技术的技术方案可成功地制备超低温烧结微晶玻璃系的低介电常数的微波介质材料。XRD分析表明，600～650℃烧结温度下可获得以CuB2O4为主晶相的微晶玻璃材料；EDS分析表明，通过优选方案获得的材料可与银电极实现匹配共烧，是一种理想的适合于LTCC封装基板应用的材料。通过本专利技术获得的超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料具有规模生产的实用价值。本专利技术具有以下特点及优点：1、本专利技术所采用的原料是电子陶瓷制备中常见的，仅有三种：CuO、B2O3(或H3BO3)以及Li2CO3，且制备工艺简单，成本低，具有较高的实用性；2、本专利技术所制备的超低温共烧材料具有低介电常数(5.6～5.9@13GHz)和低损耗(0.001～0.005@13GHz)，同时可与银或铝电极实现匹配共烧，可满足低温共烧陶瓷封装基板材料与MEMS和半导体工艺兼容的应用要求。附图说明图1为优选方案的CBL微晶玻璃在不同烧结温度下的XRD图谱；图2为CBL微晶玻璃与银和铝电极在625℃-30min共烧后的XRD及EDS分析照片。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术提供的超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料的组分由CuO-B2O3-Li2O三元氧化物构成，CuO含量为30～35wt％，B2O3含量为60～65wt％，Li2O含量为5wt％～10wt％。本专利技术是基于CuO-B2O3-Li2O三元氧化物体系的超低温烧结微晶玻璃系微波介质材料，通过优化的组分含量及烧结制度可获得以CuB2O4为主晶相的ULTCC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料，其特征在于，所述微晶玻璃系微波介质材料是由CuO‑B

【技术特征摘要】
1.一种超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料，其特征在于，所述微晶玻璃系微波介质材料是由CuO-B2O3-Li2O三元氧化物烧结而成，其中CuO含量为15～35wt%，B2O3含量为45～65wt%，Li2O含量为5～30wt%；所述微晶玻璃系微波介质材料包括主晶相CuB2O4。2.根据权利要求1所述的微晶玻璃系微波介质材料，其特征在于，所述微晶玻璃系微波介质材料在13GHz下的相对介电常数为5.6～5.9、在13GHz下的低损耗为0.001～0.005。3.一种如权利要求1或2所述超低温烧结的微晶玻璃系微波介质材料的制备方法，其特征在于，包括：将Cu源、B源和Li源混合，在950～1100℃下保温1～2小时后，得到熔融的玻璃液；将所得熔融的玻璃液倒入去离子水中，得到玻璃碎料；将所得玻璃碎料球磨后制坯，在600～650℃烧结15～60分钟后随炉冷却，得到所述微晶玻璃系微波介质材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Cu源为CuO。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：马名生，刘志甫，李永祥，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31