低温共烧微波介电陶瓷材料及其制法制造技术

一种可和银或铜电极低温共烧微波介电陶瓷材料及其制法。是以85‑99wt％比例的微波介电陶瓷材料1‑y‑z[(1‑x)Mg2SiO4‑xCa2SiO4]‑yCaTiO3‑zCaZrO3，其中0.2≦x≦0.7，0.05≦y≦0.3，0.02≦z≦0.15陶瓷材料组成；并混合1‑15wt％比例的多元组成玻璃材料Li2O‑BaO‑SrO‑CaO‑B2O3‑SiO2调配而成。该低温共烧微波介电陶瓷材料，可于900℃‑970℃，于大气气氛和惰性气体环境下，与银或铜等导电金属进行共烧。经烧结处理后，此材料具有低介电损耗、高质量因子、低温度电容是数等优异特性可适用于积层陶瓷组件制程与加工的应用。

【技术实现步骤摘要】
低温共烧微波介电陶瓷材料及其制法
本专利技术是有关一种微波介电材料及其制法，特别是指以低温共烧陶瓷技术制造出微波介电材料。
技术介绍
随着目前通讯产业的需求和发展，为达无线通信模块多功能及轻薄短小的需求，射频电路的微小化与模块化成了当今产业界的研发重点。微波组件的尺寸与导线之间的间距不断缩小，使得电子讯号在金属间传递时，因金属导线间的电阻-电容值增加，而增加了功率消耗与讯号间的交换干扰进而造成讯号的迟缓(RC迟缓)。此外在低温共烧陶瓷材料与制程技术已广泛应用在微波组件的应用亦为产业界的关注的关键技术，例如：滤波器(Filter)、耦合器(Coupler)、天线(Antenna)等。为了解决RC迟缓的问题并且兼具在低温共烧陶瓷的特性，本专利技术揭露一种可与银或铜等导电金属低温共烧的低介电常数的材料来解决此问题。除此之外随着通讯产业的需求需求量巨增，微波陶瓷材料应用于微波陶瓷电容器全球市场的需求量年增长率约为15％。目前已知的低介电常数材料系统包含硅酸盐类(如Sr2SiO4、Ba2SiO4、Mn2SiO4)、钼酸盐(SrMoO4、BaMoO4、SrMoO4)与钨酸盐类(BaWO4、MgWO4)，皆据有低微波介电常数与及高质量因子，但钼酸盐与钨酸盐类的材料昂贵，硅酸盐类具有低介电常数与低材料成本最具产业应用性。Mg2SiO4具有低的介电常数与高的质量因子240000GHz，但温度电容系数较高-70(ppm/℃)。前案CN1315134C揭露，一种Mg2SiO4-MgTiO3可有效降低温度电容系数，但其烧结温度大于1300℃无法应用与低温共烧制程。另外，Ca2SiO4由研究文献中得知，其具高质量因子与低介电常数(8.6)，但亦属高温烧结材料(>1200℃)，前案CN101429015A亦揭露Mg2SiO4具有低介电常数6到8之间，介电损小于10-5Qf值为160000GHz，可应用于电子线路基板、滤波器、微波基板高频通信，但因为其烧结温度高达1300-1500℃，但烧结温度还是偏高无法与Cu与Ag金属电极共烧。前案CN104671776A亦揭露一种含Li的复合氧化物陶瓷Li2Ba3TiO20，其介电常数为28-28.7，质量因子54000～79000GHz，温度系数约为-7ppm/℃，本化合物的烧结温度介于1000到1040℃之间，虽然比Mg2SiO4降低了约300℃的烧结温度，但烧结温度还是偏高无法与Cu、Ag等金属电极共烧，由于高的烧结温度限制其产业应用性。一般降低陶瓷烧结温度的方法，包括有陶瓷材中加入低熔点氧化物或玻璃质材料，如氧化硼(B2O3)或五氧化二钒(V2O5)等，依靠低熔点氧化物或玻璃质，在较低温产生熔融液相，使得陶瓷材容易产生烧结反应，而降低原本烧结温度。然而，上述的方式虽可降低原始陶瓷材的烧结温度，但由于加入的材料与原材料的特性不同，通常会影响原始材料的特性(如高频介电特性)，或使得后续加工产生困难。另，玻璃质材料除了降低温烧结温度之外，在高频积层电容组件制程中，必须将微波介电材料与玻璃材制成浆料，浆料系统中常搭配聚乙烯醇(PVA)或聚乙烯醇缩丁醛(PVB)做为黏结剂，根据先前的研究报告指出[J.Am.Ceram.Soc.,933049-3051(2010)]，PVA或PVB与助熔剂氧化硼(B2O3)之间会产生交联反应形成三维(threedimentional；3-D)网状凝胶态结构，使浆料黏度大幅度增加，不利于涂布制程，无法应用于积层电容组件制作。然而，如何能兼顾低温烧结制作并维持陶瓷材料的优越电气特性与可加工性，一直是材料设计上的难题。
技术实现思路
为解决上述习知技术的问题，本专利技术的目的在于提供一种低温共烧微波介电陶瓷材料及其制备方法，于900～970℃温度条件时烧结致密，并且在大气气氛环境与银金属共烧以及在惰性气氛与铜金属共烧，所述微波介电陶瓷材料具备低介电常数(8～15)、高质量因子特性(Qfactor)、低电容-温度系数等优异特性，可应用在微波介电组件上，如电容器、陶瓷滤波器、陶瓷天线等。为解决上述习知技术的问题，本专利技术的另一目的是通过添加共晶相组成物并开发新的玻璃材料配方达成低温共烧的目的。(1-x)Mg2SiO4-xCa2SiO4陶瓷粉末，若摩尔比例在0.2≦x≦0.7之间，有共晶点的产生。因此，陶瓷粉体原本需要在1300℃才能有效烧结致密，透过共晶相生成，则可以在1150℃烧结致密。Mg2SiO4与Ca2SiO4皆为具低介电常数的微波介电陶瓷，其共晶相材料具有低介电常数与高质量因子的特性。为进一步调整此材料配方的介电特性，添加剂CaTiO3与CaZrO3，混入配方中。接着，将上述陶瓷材料组成，再进行添加多元组成的玻璃，藉由玻璃材的液相烧结特性，进而使此陶瓷组成物可达到低温烧结目标(<1000℃)。为解决上述习知技术的问题，本专利技术的另一目的是在于借助玻璃材料的液相烧结特性，进而使此陶瓷组成物可达到低温烧结目标，其中玻璃材料是由氧化锂(Li2O)、氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)、氧化钙(CaO)、三氧化二硼(B2O3)及二氧化硅(SiO2)的粉末混合，并在范围1000-1300℃熔融后，得到高化学稳定性的Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2玻璃材料，所述多元组成的玻璃材料，除可提供陶瓷粉体于较低温下达到有效烧结致密的效果，还具有高结构稳定性，不会与水、甲醇、乙醇、PVA和PVB反应，因此不会有凝胶作用发生；且耐电镀性佳，方便于积层电容组件制成加工的应用。本专利技术提供一种低温共烧微波介电陶瓷材料，其包含：(a)85wt％至99wt％陶瓷材料，为1-y-z[(1-x)Mg2SiO4-xCa2SiO4]-yCaTiO3-zCaZrO3，其中0.2≦x≦0.7,0.05≦y≦0.2,0.05≦z≦0.4；及(b)1wt％至15wt％玻璃材料，为Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2所示的组成。较佳者，所述的玻璃材料是Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2所示的组成，其中氧化锂(Li2O)，其重量百分比占玻璃材料总组成的a％，0％≤a≤10％；氧化钡(BaO)，其重量百分比占玻璃材料总组成的b％，1％≤b≤15％；氧化锶(SrO)，其重量百分比占玻璃材料总组成的c％，1％≤c≤11％；氧化钙(CaO)，其重量百分比占玻璃材料总组成的d％，5％≤d≤23％；三氧化二硼(B2O3)，其重量百分比占玻璃材料总组成的e％，5％≤e≤30％；二氧化硅(SiO2)，其重量百分比占玻璃材料总组成的f％，20％≤f≤50％，且a+b+c+d+e+f＝100％。较佳者，所述的低温共烧微波介电陶瓷材料的介电常数范围介于8至15之间，烧结密度分布为3.17～3.52g/cm3，品质因子分布为2900～6500，绝缘阻抗特性≧3.5×1012Ω。本专利技术提供一种低温共烧微波介电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(a)将微波介电陶瓷与Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2玻璃材料于室温下混合，其中陶瓷材料是由共晶相组成物的硅酸镁(Mg2SiO4)粉体及硅酸钙(Ca2SiO4)粉体组成，再加入添加剂锆酸钙(CaZrO3)粉体及本文档来自技高网...

【技术保护点】
种低温共烧微波介电陶瓷材料，其包含：(a)85wt％至99wt％陶瓷材料，化学组成式为1‑y‑z[(1‑x)Mg2SiO4‑xCa2SiO4]‑yCaTiO3‑zCaZrO3，其中0.2≦x≦0.7,0.05≦y≦0.2,0.05≦z≦0.4；及(b)1wt％至15wt％玻璃材料，为Li2O‑BaO‑SrO‑CaO‑B2O3‑SiO2所示的组成。

【技术特征摘要】
1.种低温共烧微波介电陶瓷材料，其包含：(a)85wt％至99wt％陶瓷材料，化学组成式为1-y-z[(1-x)Mg2SiO4-xCa2SiO4]-yCaTiO3-zCaZrO3，其中0.2≦x≦0.7,0.05≦y≦0.2,0.05≦z≦0.4；及(b)1wt％至15wt％玻璃材料，为Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2所示的组成。2.根据权利要求1所述的低温共烧微波介电陶瓷材料，其特征在于，所述玻璃材料为Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2所示的组成，其中氧化锂，其重量百分比占玻璃材料总组成的a％，0％≤a≤10％；氧化钡，其重量百分比占玻璃材料总组成的b％，1％≤b≤15％；氧化锶，其重量百分比占玻璃材料总组成的c％，1％≤c≤11％；氧化钙，其重量百分比占玻璃材料总组成的d％，5％≤d≤23％；三氧化二硼，其重量百分比占玻璃材料总组成的e％，5％≤e≤30％；二氧化硅，其重量百分比占玻璃材料总组成的f％，20％≤f≤50％，且a+b+c+d+e+f＝100％。3.根据权利要求1所述的低温共烧微波介电陶瓷材料，其特征在于，所述低温共烧微波介电陶瓷材料的介电常数范围介于8至15之间，烧结密度分布为3.17～3.52g/cm3，品质因子分布为2900～6500，绝缘阻抗特性≧3.7×1012Ω。4.一种低温共烧微波介电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：(a)将陶瓷材料与Li2O-BaO-SrO-CaO-B2O3-SiO2玻璃材料于室温下湿式混合，其中陶瓷材料由共晶相组成物及添加剂组成，该共晶相组成物是硅酸镁粉体及硅酸钙粉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱立文，梁志豪，冯奎智，
申请(专利权)人：华新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71