一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法，涉及电子材料技术领域。该陶瓷材料配方组成为：Ca

【技术实现步骤摘要】
一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电子材料
，具体涉及一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]低温共烧陶瓷技术(Low
‑
temperature co
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firing ceramics，LTCC)是电子封装技术的一种，其包括低温共烧陶瓷材料、器件设计等技术，其中低温共烧陶瓷是基础和关键。近年来，随着5G通信技术的快速发展，微波技术朝着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展，也对低温共烧陶瓷材料提出越来越高的要求，其中包括：低介电常数，以降低信号在传输过程中的延迟时间；高Q值(1/tanδ)，即低介电损耗，以降低器件的插入损耗，保证良好的选频特性；能够在900℃下与Ag、Cu等金属导电材料实现共烧；除此之外，还应具有足够的机械强度以及环境可靠性等性能，具备抗电镀或化学镀镀液侵蚀性。
[0003]目前研究的高频低介电常数低温共烧陶瓷材料主要有微晶玻璃、玻璃
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陶瓷和陶瓷
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助剂三大体系。其中微晶玻璃体系在烧结过程需要严格控制材料的析晶问题，对工艺过程要求较为严苛，目前只有美国FEERO公司的A6M材料得到广泛应用。玻璃
‑
陶瓷体系需要较多玻璃才能实现陶瓷的低温烧结，但带来的问题却是材料损耗的急剧增大。而陶瓷
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助剂体系的材料一般很难达到较低的介电常数，不像玻璃
‑
陶瓷体系中可引入较低介电常数的玻璃。
[0004](Ca,Mg)SiO3系微波介质陶瓷具有良好的介电性能，材料成本低廉。专利CN103193389B中混合至少两种氧化镁、氧化钙或氧化硅在1500
‑
1800℃下形成玻璃态，且氧化镁、氧化钙及氧化硅的总量为100摩尔百分比，然后添加CaTiO3、MgTiO3、ZrTiO4及TiO2等材料在1500
‑
1800℃下熔融后再在900℃下烧结。此方法过程复杂，而且介电常数较高，两次熔融至玻璃态的过程导致其Q
×
f值较低。专利申请CN112759378A中介绍了一种CaO
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MgO
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TiO2‑
SiO2陶瓷材料，该材料将碳酸钙、氧化镁、二氧化钛、二氧化硅、氧化锰、氧化锂和氧化铋混合后直接预烧然后再860
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880℃烧结而成的低温共烧陶瓷。其中氧化锂和氧化铋作为烧结助剂复合加入配料中，其和TiO2组合形成低共熔点的物质Li2TiO3(900℃)。此方法在预烧过程中加入所有原料，会导致预烧时各成分之间的反应不可控，生成的物相复杂且具有不确定性。而且其材料介电常数介电常数为9.5
±
0.1,Q
×
f值较低。以上专利所述材料的介电常数都超过9，限制了其在低介高频场景的应用。专利CN 200410039848.1报道了以(Ca,Mg)SiO3系统为主成分，采用CaTiO3调整频率温度系数，Li2CO3和V2O5为烧结助剂的低温烧结微波介质陶瓷配方及制备工艺，该低温烧结微波介质陶瓷材料可与银电极实现良好共烧匹配，其材料性能：介电常数8
‑
10，品质因数Qf>25000GHz，该材料取得了批量应用。但该材料存在以下问题：(1)低熔点氧化物V2O5具有极佳的助烧效果，可显著降低(Ca,Mg)SiO3陶瓷的烧结温度，但其具有较强的毒性，对人体有害，不能满足日益重视的环保需要。(2)V2O5在烧结过程中形成液相促进陶瓷烧结的同时，也易促使银电极的短距离扩散，易发生银迁移造成的层间电路短路风险，这将造成产品可靠性不良的重大隐患。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料，该材料具有较低的介电常数，较高的Q
×
f值，较低的频率温度系数，而且能够实现低温烧结。本专利技术的第二个目的在于提供一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法，采用先合成主相陶瓷，再制备氧化物助烧剂，最后进行低温烧结的合成路线。该制备方法烧结工艺简单，可重复性好。
[0006]为了实现上述第一个专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料，该低温共烧陶瓷材料的配方表达式为：Ca
x
SiO3+awt％SiO2+bwt％R2O+cwt％Bi2O3+dwt％B2O3+ewt％MO；其中:
[0008]0.9≤x≤1.1；
[0009]0<a≤30,1≤b≤5,0<c≤3,0<d≤6,0≤e≤10；a、b、c、d和e分别为SiO2、RO、Bi2O3、B2O3和MO相占Ca
x
SiO3的质量分数；
[0010]R2O为Li2O、K2O中的至少一种；
[0011]MO为ZnO、MgO、BaO、CoO、CuO、La2O3、MnO2中的一种或多种；
[0012]SiO2为石英和熔融石英中的至少一种。
[0013]作为优选方案，所述主相陶瓷材料的组成为：Ca
x
SiO3，且0.9≤x≤1.0。
[0014]作为优选方案，所述SiO2为熔融石英。
[0015]为了实现上述第二个专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0016]一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0017]1)主相陶瓷Ca
x
SiO3的合成：按化学式Ca
x
SiO3计量比称量原材料CaCO3和SiO2，以去离子水为溶剂，球磨混合16～24h后干燥再过40目筛，粉碎均匀后装入氧化铝坩埚在900℃～1300℃下煅烧2～4h合成主相陶瓷，研磨后作为陶瓷基料备用；
[0018]2)烧结助剂的合成：按bwt％RO+cwt％Bi2O3+dwt％B2O3+ewt％MO的相对质量分数比，称取Li2CO3、K2CO3、Bi2O3、B2O3或H3BO3、ZnO、MgO或Mg(OH)2、BaCO3、CoO或Co2O3、CuO、La2O3、MnO2/MnCO3原料，按混合料与无水乙醇的质量比1：1～1.5加入乙醇，采用湿法混料16
‑
24h后于80℃烘干，将烘干的混合料过40目筛，装入氧化铝坩埚，在500
‑
700℃下煅烧2
‑
4h，研磨后作为烧结助剂备用；其中1≤b≤5,0<c≤3,0<d≤6,0≤e≤10，b、c、d和e分别为RO、Bi2O3、B2O3和MO相占Ca
x
SiO3的质量分数；
[0019]3)制备好的主相Ca
x
SiO3陶瓷、SiO2和氧化物助烧剂按Ca
x
SiO3+awt％SiO2+bwt％RO+cwt％Bi2O3+d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料，其特征在于，该低温共烧陶瓷材料的配方表达式为：Ca
x
SiO3+awt％SiO2+bwt％R2O+cwt％Bi2O3+dwt％B2O3+ewt％MO；其中:0.9≤x≤1.1；0<a≤30,1≤b≤5,0<c≤3,0<d≤6,0≤e≤10；a、b、c、d和e分别为SiO2、RO、Bi2O3、B2O3和MO相占Ca
x
SiO3的质量分数；R2O为Li2O、K2O中的至少一种；MO为ZnO、MgO、BaO、CoO、CuO、La2O3、MnO2中的一种或多种；SiO2为石英和熔融石英中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述主相陶瓷材料的组成为：Ca
x
SiO3，且0.9≤x≤1.0。3.根据权利要求1所述的一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述SiO2为熔融石英。4.根据权利要求1所述的一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)主相陶瓷Ca
x
SiO3的合成：按化学式Ca
x
SiO3计量比称量原材料CaCO3和SiO2，以去离子水为溶剂，球磨混合16～24h后干燥再过40目筛，粉碎均匀后装入氧化铝坩埚在900℃～1300℃下煅烧2～4h合成主相陶瓷，研磨后作为陶瓷基料备用；2)烧结助剂的合成：按bwt％RO+cwt％Bi...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进，余祖高，谭金刚，石珊，陆建军，童建喜，
申请(专利权)人：嘉兴佳利电子有限公司，
类型：发明
国别省市：