[发明专利]一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷制造领域，涉及一种微波介质陶瓷材料，尤其是一 种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着现代信息技术的飞速发展，电子线路的微型化、轻量化、集成化和 高频化对电子元件提出了小尺寸、高频率、高可靠性和高集成度的要求。片 式化、小型化已成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一。为了迎合 电子信息产业的发展需求，出现了许多新型的组件整合技术，如多芯片组件 技术、低温共烧陶瓷技术（LTCC）和芯片尺寸封装技术等。其中低温共烧陶 瓷技术以其集成密度高和高频特性好等优异的电学、机械、热学及工艺特性， 成为目前电子元件集成化的主流方式，广泛应用于电子、通信、航空航天、 汽车、计算机和医疗等领域。多层微波元器件的制备，需要微波介质陶瓷与 高电导率电极共烧。从经济性以及环境保护的角度考虑，选择高电导率金属 Ag，Cu(熔点分别为961℃和1064℃)作为内电极是最为理想的。因此，能与 Ag或Cu共烧的低温烧结微波介质陶瓷及器件已成为世界各国的研究热点， 成为微波无源元件发展重点和方向。

利用LTCC制备片式无源集成器件和模块具有许多优点，首先，陶瓷材 料具有优良的高频高Q特性；第二，使用电导率高的金属材料作为导体材料， 有利于提高电路系统的品质因子；第三，可适应大电流及耐高温特性要求， 并具备比普通PCB电路基板优良的热传导性；第四，可将无源组件埋入多层 电路基板中，有利于提高电路的组装密度；第五，具有较好的温度特性，如 较小的热膨胀系数、较小的介电常数温度系数，可以制作层数极高的电路基 板，可以制作线宽小于50μm的细线结构。另外，非连续式的生产工艺允许 对生坯基板进行检查，从而提高成品率，降低生产成本。

LTCC主要用于高密度封装和微波无源元件中。目前封装领域LTCC技 术主要应用于航空、航天及军事领域，MEMS、驱动器和传感器等领域，以 及应用在汽车电子等领域。在微波无源元件中的应用是本实验室主要研究对 象。由于LTCC元器件有较低的介质损耗、较高的工作频率（可达40GHz）、 体积小、在恶劣环境下有可靠稳定的表现，已开始广泛应用于通讯、汽车电 子、航天、消费电子及国防的控制系统中。在高频领域，许多以前采用数字 多芯片组件技术（MCM-D）的公司已经纷纷开始采用LTCC材料及工艺制造 MCM组件，以满足日益复杂的性能要求和低成本、高可靠性的要求。如爱立 信公司研制的“蓝牙”中的射频通信MCM组件电路，其天线滤波及发射接 收组件，均使用美国DuPont公司的LTCC材料及工艺，缩小封装面积60%。

近年来全球LTCC市场产值呈现快速成长趋势。LTCC技术最早由美国 开始发展，初期应用于军用产品，后来欧洲厂商将其引入车用市场，而后再 由日本厂商将其应用于资讯产品中。目前，LTCC材料在日本、美国等发达国 家已进入产业化、系列化和可进行材料设计的阶段。在全球LTCC市场前九 大厂商之中，日本厂商有Murata、Kyocera、TDK和Taiyo Yuden；美国厂商 有CTS，欧洲厂商有Bosch、CMAC、Epcos及Sorep-Erulec等。国外厂商由 于投入已久，在产品质量、专利技术、材料掌控及规格主导权等均占有领先 优势。

要实现无源元件的集成化，模块化，必须开发出新的LTCC材料新体系， 同时在模组设计和制造中急需研究低K（低介电常数）、中K和高K等不同 介电常数的LTCC微波介质陶瓷材料，同时必须研究解决不同K值材料之间 以及与银电极、铜电极的共烧兼容问题，国外同行在这方面已做了大量的研 究工作，低K值的LTCC生料带已成熟生产并有杜邦、Ferro和Hereus等几 大国际供货商，而国内目前仅局限于跟踪国外的研究，停留在研制低K材料 和使其国产化阶段，绝大部分LTCC产品依赖于从国外进口LTCC生料带。

通常降低微波介质材料的烧结温度的方法有，添加氧化物或低熔点玻璃 烧结助剂，引入化学合成方法，以及超细粉体作原料等。化学方法合成和超 细粉体作原料可导致工艺过程复杂，制造成本和周期会上升。相比较而言， 添加适量的低熔点氧化物或玻璃相，虽然可能造成少许微波介电性能的下降， 但其工艺简单，易于材料批量化生产。

发明内容