一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于微波介质陶瓷领域，涉及一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用。一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，该陶瓷材料包括氧化铝、铝硼硅酸盐玻璃和黑色着色剂，质量百分比组成为：氧化铝40～60％；铝硼硅酸盐玻璃38～58％；黑色着色剂2～10％。采用该陶瓷材料经LTCC工艺技术制备的陶瓷基板具有烧制工艺简单、机械强度高、介电性能优良、具有遮光性等特点。能替代HTCC封装基板。

A black low temperature sintered microwave dielectric ceramic material and its preparation and Application

The invention belongs to the field of microwave dielectric ceramics, and relates to a black low temperature sintered microwave dielectric ceramic material, the preparation method and application of the microwave dielectric ceramic material. A black low temperature sintered microwave dielectric ceramic material, including alumina, aluminum borosilicate glass and black coloring agent, the mass percentage composition is alumina 40 ~ 60%; aluminum borosilicate glass 38 ~ 58%; black coloring agent 2 ~ 10%. The ceramic substrate prepared by LTCC technology has the characteristics of simple firing technology, high mechanical strength, excellent dielectric properties and shading. It can replace the HTCC package substrate.

【技术实现步骤摘要】
一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用
本专利技术属于微波介质陶瓷领域，涉及一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用。
技术介绍
高温共烧陶瓷(HighTemperatureCo-firedCeramcis，简称HTCC)技术是一种比较成熟的微电子陶瓷封装技术，HTCC技术应用于半导体封装，具有强度高、气密性好，散热性佳，集成度高、设计灵活等特点，已广泛应用于晶振、MEMS传感器、图像传感器、功率器件、声表面波器件、光通信用模组等的封装。HTCC技术中常用黑色氧化铝材料。由于半导体集成电路具有明显的光敏性，要求作封装管壳的氧化铝陶瓷具有遮光性，一般为黑色。黑色氧化铝材料通常由氧化铝、着色氧化物和助熔剂组成。其中着色氧化物有Fe2O3，Cr2O3，CoO，NiO，V2O5，MnO2，TiO2等。助熔剂有SiO2、B2O3、滑石等。黑色氧化铝多层陶瓷基板有下列缺点：(1)介电常数高，影响信号传输速度提高；(2)导体材料钨、钼电阻率高，信号传输损耗大，限制高频应用；(3)热膨胀系数与硅差异较大。(4)HTCC工艺要求在保护气氛下(通常为N2和H2混合气)烧结，工艺复杂，难度大，烧结温度高(通常为1500～1600℃)，工艺成本高。低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic，简称LTCC)采用低温烧结微波介质陶瓷材料与低熔点低电阻率金属(Ag、Au或Cu等)材料在900度左右共烧，克服了HTCC技术的诸多缺陷，在高频、高传输速度、低损耗、低导热等要求场合下得到广泛应用，如片式无源器件、射频封装基板、通讯模块、LED陶瓷基板等领域。LTCC技术采用普通的空气气氛烧结，比HTCC技术工艺简单，但由于低温共烧陶瓷材料中通常添加大量玻璃成份，烧结气孔率高，机械强度相对较低。若能结合LTCC和HTCC材料特性的各自优势，规避各自缺点，对低温烧结微波介质陶瓷材料进行调整和优化，开发出满足HTCC封装应用要求的LTCC材料，将会有非常大的意义，并具有极佳的应用价值。目前鲜有低温共烧陶瓷材料应用于HTCC封装场合，如在声表面波器件封装基板、晶振封装基板、MEMS传感器封装基板、图像传感器封装基板、光通信封装基板等领域的报道。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的一个目的是提供了一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，本专利技术的第二个目的是提供上述的陶瓷材料的制备方法，本专利技术的第三个目的是提供上述的陶瓷材料的应用。采用该陶瓷材料经LTCC工艺技术制备的陶瓷基板具有烧制工艺简单、机械强度高、介电性能优良、具有遮光性等特点。能替代HTCC封装基板。为了实现上述的第一个目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，该陶瓷材料按重量百分比计由以下组分构成：氧化铝40～60％；铝硼硅酸盐玻璃38～58％；黑色着色剂2～10％。作为优选，该陶瓷材料按重量百分比计由以下组分构成：氧化铝43～58％；铝硼硅酸盐玻璃40～55％；黑色着色剂3～8％。黑色着色剂选择CuCr2O4，Cr氧化物，Cu氧化物，Ni氧化物，Co氧化物，Mn氧化物，Cr碳酸盐，Cu碱式碳酸盐，Ni碱式碳酸盐，Co碱式碳酸盐和Mn碳酸盐一种或多种；所述的氧化物包括低价态氧化物和高价态氧化物。作为优选，黑色着色剂的质量百分比组成为：CuCr2O480～100％；MO0～20％。其中，MO为金属氧化物Cr2O3、CuO、NiO、CoO和MnO2中的一种或多种；其中CoO和MnO2可分别由Co2O3和MnCO3按金属原子等摩尔量换算替代；本专利技术加入CuCr2O4可以提高对陶瓷的着色稳定性。所述的铝硼硅酸盐玻璃的质量百分比组成为：其中，A指碱金属Li，Na，K中的一种或几种；R指碱土金属Mg，Ca，Sr，Ba中的一种或几种。为了实现上述的第二个目的，本专利技术采用了以下的技术方案：上述任一技术方案所述的陶瓷材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：1)铝硼硅酸盐玻璃制备。其制备方法如下：按质量配比：0～10％A2O，0～20％RO，10～30％Al2O3，10～30％B2O3，30～65％SiO2；称取Li2CO3、Na2CO3或者NaHCO3、K2CO3或者KHCO3、MgO或者碱式碳酸镁、CaCO3、SrCO3、BaCO3、B2O3或者H3BO3、Al2O3和SiO2，选用ZrO2磨球，采用干法混料1～6h，然后将混合粉体装入铂金坩埚，加热到1400～1550℃的熔融温度，保温均化0.5～1h后，倒入水中淬冷；将得到的玻璃碎块进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.5～3.0um的玻璃粉体。2)将氧化铝粉体、铝硼硅酸盐玻璃、黑色着色剂粉体按要求配比进行湿法混合，湿法混料均匀，烘干，获得本专利技术的材料。控制原材料氧化铝的粒径D50在0.5～2.5um，铝硼硅酸盐玻璃粒度D50为1.5～3.0um，黑色着色剂粉体粉体粒径D50为1.5～2.5um。黑色着色剂CuCr2O4制备方法如下：按摩尔比1：1的比例，称取Cr2O3和CuO原料，按料与无水乙醇的质量比1：1～1.5加入乙醇，采用湿法混料4-12h后于80℃烘干，将烘干的混合料过40目筛，装入氧化铝坩埚，在850-950℃下煅烧3-6h，合成CuCr2O4主晶相，经研磨粉碎后得到粒径D50为1.5～2.5um的CuCr2O4粉体。为了实现上述的第三个目的，本专利技术采用了以下的技术方案：上述任一技术方案所述的陶瓷材料在声表面波器件封装基板、晶振封装基板、MEMS传感器封装基板、图像传感器封装基板或光通信封装基板中的应用。本专利技术为满足半导体封装遮光性的要求，该陶瓷材料配方中含有黑色着色剂成份，另外采用该陶瓷材料经LTCC工艺技术制备的陶瓷基板具有烧制工艺简单、机械强度高等特点，能替代HTCC封装基板，满足声表面波器件封装基板、晶振封装基板、MEMS传感器封装基板、图像传感器封装基板、光通信封装基板的制造要求，在制造成本和微波介电特性方面有显著优势。附图说明图1为本专利技术实施例10黑色低温烧结微波介质陶瓷材料在880℃烧结0.5h获得的陶瓷表面扫描电子显微镜照片(放大倍数1万倍)。图2为本专利技术材料经过LTCC基板工艺制得的声表面波滤波器1.4mm*1.1mm尺寸CSP封装基板实物图。具体实施方式本专利技术提供的黑色低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法包括以下步骤。铝硼硅酸盐玻璃制备：按质量配比：0～10％A2O(Li2O、Na2O或者K2O中的一种或几种)，0～20％RO(MgO、CaO、BaO中的一种或几种)，10～30％Al2O3，10～30％B2O3，30～65％SiO2。称取Li2CO3、Na2CO3或者NaHCO3、K2CO3或者KHCO3、MgO或者碱式碳酸镁、CaCO3、SrCO3、BaCO3、B2O3或者H3BO3、Al2O3和SiO2，选用ZrO2磨球，采用干法混料1～6h，然后将混合粉体装入铂金坩埚，加热到1400～1550℃的熔融温度，保温均化0.5～1h后，倒入水中淬冷。将得到的玻璃碎块进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.5～3.0um的玻璃粉体。黑色着色剂CuCr2O4制备：按摩尔比1：1的比例，称取Cr2O3和CuO原料，按料与无水乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料按重量百分比计由以下组分构成：氧化铝          40～60％；铝硼硅酸盐玻璃  38～58％；黑色着色剂      2～10％。

【技术特征摘要】
1.一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料按重量百分比计由以下组分构成：氧化铝40～60％；铝硼硅酸盐玻璃38～58％；黑色着色剂2～10％。2.根据权利要求1所述的一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，该陶瓷材料按重量百分比计由以下组分构成：氧化铝43～58％；铝硼硅酸盐玻璃40～55％；黑色着色剂3～8％。3.根据权利要求1或2所述的一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，黑色着色剂选择CuCr2O4，Cr氧化物，Cu氧化物，Ni氧化物，Co氧化物，Mn氧化物，Cr碳酸盐，Cu碱式碳酸盐，Ni碱式碳酸盐，Co碱式碳酸盐和Mn碳酸盐一种或多种；所述的氧化物包括低价态氧化物和高价态氧化物。4.根据权利要求1或2所述的一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，黑色着色剂的质量百分比组成为：CuCr2O480～100％；MO0～20％；其中，MO为金属氧化物Cr2O3、CuO、NiO、CoO和MnO2中的一种或多种；其中CoO和MnO2可分别由Co2O3和MnCO3按金属原子等摩尔量换算替代。5.根据权利要求1或2所述的一种黑色低温烧结微波介质陶瓷材料，其特征在于，所述的铝硼硅酸盐玻璃的质量百分比组成为：其中，A指碱金属Li，Na，K中的一种或几种；R指碱土金属Mg，Ca，Sr，Ba中的一种或几种。6.权利要求1～5任意一项权利要求所述的陶瓷材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：1)铝硼硅酸盐玻璃的制备方法如下：按质量配比：0～10％A2O，0～20％RO，10～30％Al2O3，10～30％B2O3，30～65％SiO2；称取Li2CO3、Na2CO3或者NaHC...

【专利技术属性】
技术研发人员：童建喜，黄聪，叶春燕，何利松，
申请(专利权)人：嘉兴佳利电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33