低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料制造技术

一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，玻璃相为硼硅玻璃，所述陶瓷相为堇青石和／或镁橄榄石。硼硅玻璃的含量为４０～７５ｗｔ％，堇青石和／或镁橄榄石的总含量为２５～６０ｗｔ％。硼硅玻璃中：氧化硅的含量为７５％～８５ｗｔ％，氧化硼的含量为１５～２５ｗｔ％，碱金属氧化物Ｋ＃－［２］Ｏ、Ｎａ＃－［２］Ｏ和／或碱土金属氧化物ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ的总含量不超过５ｗｔ％。堇青石为人工合成的，镁橄榄石既可以是天然矿物，或人工合成，当配方中同时有这两种材料时，二者间的比例可任意调节。所述硼硅玻璃、堇青石和／或镁橄榄石经球磨后，颗粒尺寸范围在０．５～５．０μｍ之间。本发明专利技术提供了一种可与银或银／钯浆料在９００℃及其以下低温共烧且制作的介电常数更低的玻璃陶瓷材料。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Low temperature co fired low dielectric constant glass ceramic material

A low temperature co fired low dielectric constant glass ceramic material. The glass phase is borosilicate glass, and the ceramic phase is cordierite and / or forsterite. The content of borosilicate glass is 40 ~ 75wt%, and the total content of cordierite and / or forsterite is 25 ~ 60wt%. Borosilicate glass: silicon oxide content is 75% ~ 85wt%, the content of boron oxide is 15 ~ 25wt%, alkali metal oxides, K - 2, O - Na 2 O and / or alkaline earth metal oxides of BaO, SrO, CaO and the total content of not more than 5wt%. Cordierite is synthetic, forsterite can be either natural mineral or synthetic, and when the formula has these two materials at the same time, the ratio between the two can be adjusted arbitrarily. The particles of the borosilicate glass, cordierite and / or forsterite are milled and the grain size ranges from 0.5 to 5 mu m. The invention provides a glass ceramic material with lower dielectric constant, which can be co fired with silver or silver / palladium slurry at low temperature of 900 DEG C and below.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型玻璃陶瓷材料，具体地说，是一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料。
技术介绍
近年来，在半导体技术飞速发展的带动下，电子元器件不断向小型化、集成化和高频化方向发展。选择适当的能与银等导电材料在不超过900℃的温度下低温共烧的陶瓷，从而制作多层元件或把无源器件埋入多层电路基板中，成为上述趋势的必然要求，低温共烧陶瓷也因此成为一种新的陶瓷种类。电感器和含有电感器的复合或集成器件中，电感器的自谐频率(SRF)由下式决定SRF=12πLC]]>其中L为器件的电感量，C为各种杂散电容量的总和。尽管杂散电容由不同方式所引起，但均与材料的相对介电常数(以下简称介电常数)εr成正比。另一方面，在陶瓷基板及陶瓷封装类器件中，信号的延迟时间与材料的介电常数成正比，线间串音的阻抗与介电常数成反比，即这两类器件的两个主要电性参数均与材料的介电常数密切相关。因此，降低材料的介电常数成为低温共烧陶瓷一个主要的研究课题。介电常数比较低的材料主要有三类硼硅玻璃系列、石英玻璃系列及镁硅酸盐陶瓷系列(如镁橄榄石、堇青石等)。硼硅玻璃软化温度低，适宜低温共烧，但材料强度低，不能满足器件特别是大尺寸器件的制作要求，需向其中加入一些填充剂，形成陶瓷相以提高强度，这往往又会提高所制材料的介电常数。石英玻璃及镁硅酸盐陶瓷系列的软化或烧结温度太高，不适于直接作为低温共烧陶瓷。所以制得强度满足要求的低温共烧低介电常数陶瓷成为备受关注的重要研究课题。为了制得强度满足要求的低温共烧低介电常数陶瓷，人们进行了大量的研究工作。如美国专利US6008151，是在硼硅玻璃中加入α-石英和硅酸锌填充剂；美国专利US5506058中，则是在硼硅玻璃中加入氧化铝和钙长石。由此制得的材料的介电常数大部分在5至6间，效果仍不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的意在克服现有技术的上述不足，制得强度能够满足电子元器件要求、可与银或银/钯浆料低温共烧、介电常数更低的玻璃陶瓷材料。实现上述目的的技术方案一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，包括玻璃相和陶瓷相，所述玻璃相为硼硅玻璃，所述陶瓷相为堇青石和/或镁橄榄石。所述硼硅玻璃的含量为40～75wt％，所述堇青石和/或镁橄榄石的总含量为25～60wt％。所述硼硅玻璃中氧化硅的含量为75％～85wt％，氧化硼的含量为15～25wt％，碱金属氧化物K2O、Na2O和/或碱土金属氧化物BaO、SrO、CaO的总含量不超过5wt％。堇青石为人工合成的，镁橄榄石既可以是天然矿物，也可以采用人工合成，当配方中同时有这两种材料时，二者间的比例可任意调节。所述硼硅玻璃、堇青石和/或镁橄榄石经球磨后，颗粒尺寸范围在0.5～5.0μm之间。采用上述技术方案，本专利技术突出的技术进步在于1、利用硼硅玻璃和镁硅酸盐中的镁橄榄石或/和堇青石均具有低介电常数这一特点，将两种材料配合使用。2、以硼硅玻璃作为降低烧结温度的玻璃相，以镁橄榄石和/或堇青石作为提高材料强度的弥散陶瓷相，由此所得的玻璃陶瓷既可以在900℃及其以下的温度下与银或银/钯浆料低温共烧，还具有足够的强度，同时两种材料较低的介电常数保证了最终材料仍具有很低的介电常数，避免了硅酸锌、钙长石对材料介电常数的提高。3、在硼硅玻璃中，氧化硅的含量为75％～85％，氧化硼的含量为15％～25％，在此配方范围内，硼硅玻璃具有较低的软化点，从而使所制材料可与金属浆料低温共烧，同时还具有较低的介电常数和较高的抗折强度。4、在硼硅玻璃中含有总量不超过5wt％的碱金属氧化物K2O、Na2O和/或碱土金属氧化物BaO、SrO、CaO等，通过掺入BaO、SrO、CaO可有效阻止B2O3在烧结时淀析到元件表面，通过掺入K2O和Na2O可有效促进烧结。5、将所述硼硅玻璃、堇青石和/或镁橄榄石经球磨后，颗粒尺寸限制在0.5～5.0μm范围内，既能保证瓷体烧结收缩时能与银浆的烧结收缩相匹配，不会引起片子变形甚至开裂，又能形成较薄的流延膜，材料的使用范围广。下面通过实施例，对本专利技术作进一步的说明具体实施方式实施例一一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，包括玻璃相和陶瓷相，玻璃相为硼硅玻璃，陶瓷相是堇青石和镁橄榄石。其中硼硅玻璃的组成是SiO281％；B2O315％；K2O3.5％；BaO0.5％。硼硅玻璃、堇青石和镁橄榄石按照表1所示配方配料。堇青石和镁橄榄石均是人工合成的，合成堇青石或镁橄榄石的工艺流程是 煅烧合成的温度以1250℃至1300℃为宜。球磨后三种材料的颗粒尺寸是硼硅玻璃1.0μm；堇青石3.8μm；镁橄榄石4.0μm。球磨干燥后，压成试片在箱式炉中烧结，由金刚石砂轮研磨成测试介电常数和抗折强度所需的标准尺寸。由HP4284A LCR多频率测试仪测定介电常数，测试频率为1MHz；由万能材料试验仪测定抗折强度。各组的烧结温度、介电常数和抗折强度汇总在表1。由表1可见，1号配方不能烧结，有一定吸水性，10号配方因为过烧而变形严重。所以，当SiO2含量为81％，B2O3含量为15％，硼硅玻璃总含量为40％～75％时，所得陶瓷材料的烧结温度≤900℃，介电常数在4.2～3.8，抗折强度≥150MPa，既具有较低的介电常数，又具有较高的抗折强度。表1实施例一的配方和结果 实施例二另一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，包括玻璃相和陶瓷相，玻璃相为硼硅玻璃，陶瓷相是堇青石和镁橄榄石。硼硅玻璃、堇青石和镁橄榄石按照表2所示配方配料。其中硼硅玻璃A、B组分别为A组各成份含量，按重量百分比为SiO283％；B2O315％；Na2O1％的；BaO1％。B组各成份含量，按重量百分比为SiO275％；B2O320％；K2O2％；Na2O1.8％；CaO1.2％。堇青石是人工合成的，合成方法同实施例一，镁橄榄石为天然矿物。颗粒尺寸、实验与测试方法同实施例1，陶瓷材料的烧结温度、介电常数和抗折强度汇总在表2。表2 由表2可见，按A、B组成份含量制作的硼硅玻璃，且硼硅玻璃总量为40％～75％时，所得陶瓷材料的烧结温度≤900℃，介电常数在4.1～3.7，抗折强度≥152MPa，既具有较低的介电常数，又具有较高的抗折强度。利用本专利技术的材料制作叠层片式电感、复合或集成元器件时，可以采用目前通常采用的各种生产工艺。如取实施例一中的5号配方，加入适当种类和含量的有机外加剂和溶剂，球磨成浆料，以银为导体浆料，制成0402-100nH叠层片式电感，用HP4291B测定其电感量和Q值随频率的变化，如附图说明图1和图2所示。由图1可见，用本专利技术材料所制电感比现有普通材料所制电感的SRF有较大提高；由图2可见，用本专利技术材料所制电感在各频率下的Q值比相同条件下现有普通材料的Q值有较大提高，且频率越高，提高辐度越大。根据需要，硼硅玻璃、堇青石和/或镁橄榄石三种原料球磨后，其颗粒尺寸设置在0.5至5.0μm范围内，粒度太小将造成瓷体烧结收缩太大，不能与银浆的烧结收缩相匹配，引起片子变形甚至开裂；粒度太大将无法形成较薄的流延膜，限制材料的使用范围。权利要求1.一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，包括玻璃相和陶瓷相，其特征在于所述玻璃相为硼硅玻璃，所述陶瓷相为堇青石和/或镁橄榄石。2.根据权利要求1所述的低温共烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温共烧低介电常数玻璃陶瓷材料，包括玻璃相和陶瓷相，其特征在于：所述玻璃相为硼硅玻璃，所述陶瓷相为堇青石和／或镁橄榄石。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩斌，张凡，
申请(专利权)人：深圳南虹电子陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]