[发明专利]微波介电玻璃陶瓷材料及其组成物

说明书

技术领域

本发明关于一种微波介电玻璃陶瓷材料，尤指一种具备低介电常数与高质量因子的辉石类微波介电玻璃陶瓷材料。

背景技术

为了符合现今半导体产业中通讯组件小型化、高稳定性、高容量化及高移动性的需求，微波介电材料成为目前亟需发展的一种具备绝佳频率选择性及稳定频率的通讯用材料。

在制作微波介电材料的技术中，可透过玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷材料所制得。其中，陶瓷材料由无机非金属材料所组成，经过1200至1350℃的高温烧结步骤后，可获得具有一定机械强度的多晶烧结体；玻璃材料是一种由溶融状态急速冷却后，各分子间没有足够时间形成结晶体的一种固体；而玻璃陶瓷材料则是一种主要包含玻璃相的多晶固体材料，其制造过程是先将玻璃熔融形成玻璃相，再经过热处理的结晶化步骤后，使其形成具有结晶体的多晶固体材料。

目前已有许多人投入微波介电材料的研究，于中国台湾专利公告第I248429号中，揭示一种ZST微波介电陶瓷材料，其是以(Zr_x，Sn_y)Ti_zO₄-(1-n)MO作为本体基材，并在本体基材中添加一玻璃基材，使其能于1000℃以下的烧结温度进行烧结，同时保有Q×f大于5000的良好微波介电特性。

此外，于中国台湾专利公告第I339196及I339197号中，揭示一种微波介电陶瓷材料，其是以Mg₂SiO₄(镁橄榄石)作为主相成分，并以TiO₂、SrTiO₃、CaTiO₃为二次相成分，制作出适合于1000℃以下的低温进行烧结，以产生介电常数(K)介于9至10之间的微波介电陶瓷材料。

发明内容

本发明有别于现有技术的微波介电材料，发展出一种微波介电玻璃陶瓷材料，其能结合辉石类玻璃陶瓷材料与介电材料的特性，制作出同时具备低介电常数、高质量因子与稳定性的微波介电陶瓷组成物，藉以提升玻璃陶瓷材料于半导体产业的应用价值。

为达成上述目的，本发明提供一种微波介电玻璃陶瓷材料，包括：一主相成分，该主相成分包含至少一玻璃陶瓷材料，该玻璃陶瓷材料的结构式为Ca_xMg_ySi_zO_(x+y+2z)，其中x为0至50摩尔百分比，y为0至50摩尔百分比，且z为0至50摩尔百分比；以及一第二相成分，该第二相成分是由混合该主相成分及至少三种介电材料并且于一预定温度下共同烧结所生成，该介电材料是选自下列所组成的群组：钛酸钙(CaTiO₃)、钛酸镁(MgTiO₃)、钛酸锆(ZrTiO₄)及二氧化钛(TiO₂)。

在本发明的微波介电玻璃陶瓷材料中，主相成分中的玻璃陶瓷材料为辉石类的玻璃陶瓷材料，其可通过混合至少两种氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)或二氧化硅(SiO₂)的氧化物，在1500℃至1800℃下先形成一玻璃态，再将该玻璃态在700℃至1000℃下烧结所生成。于此，以氧化镁、氧化钙及二氧化硅的总量为100摩尔百分比，该氧化镁及氧化钙的添加量分别为0至50摩尔百分比，且该二氧化硅的添加量为0至50摩尔百分比。依据不同的添加比例，在1500℃至1800℃下烧成一玻璃态，并将该玻璃态在700℃至1000℃下烧结，较佳为900℃以下的温度进行烧结时，可制成各种不同相结构的辉石类玻璃陶瓷材料，例如：CaSiO₃(硅灰石(wollastonite))、Ca₃MgSi₂O₈(镁蔷薇辉石(merwinite))、Ca₂MgSi₂O₇(镁黄长石(Akermanite))或CaMgSi₂O₆(透辉石(diopside))。由上述方法所制得的各种辉石类玻璃陶瓷材料，其介电常数(K)皆低于10以下，甚至可低于9以下；而玻璃陶瓷材料的质量因子(Q×f)皆大于7000GHz以上。据此，当使用辉石类玻璃陶瓷材料与其它介电材料共同烧结时，可获得具备绝佳特性的微波介电玻璃陶瓷材料。