[发明专利]低温共烧锂镁钛微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料及其制造领域，涉及一种微波介质陶瓷材料，特别是一种低温共烧锂镁钛微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术不断向高频化和数字化方向发展，对元器件的微型化、集成化和模块化的要求日益迫切，低温共烧陶瓷LTCC（Low Temperature Co-fired Ceramics）因其优异的电学、机械、热学及工艺特性以及高可靠性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一。LTCC系统的烧结温度低，可用导电率高的贱金属（如Ag、Cu等）作为多层布线的导体材料，从而可提高组装密度和信号传输速度，并可一次烧成“独石结构”微波电子器件，因此广泛用于高速高密度互连多元陶瓷组件（MCM）之中。利用LTCC共烧技术制造的具有独石结构的微波器件，具有介电损耗低、成本低、可靠性高及与集成电路（IC）热匹配好等特点，因此有着极广的应用前景。因此，降低材料的烧结温度（≤925℃），使其能够与Ag或Cu共烧是目前微波介质陶瓷研究的主要方向。

大多数商用的微波介质材料虽然具有优异的微波介电性能，但是其烧结温度一般超过1200 ℃，因此必须降低材料的烧结温度以满足LTCC工艺的要求。降低微波介质材料烧结温度的主要有：添加低熔点氧化物或低熔点玻璃；引入化学合成方法；使用超细粉作原料。化学合成方法和超细粉作原料将会导致工艺过程复杂，制造成本和周期较长。相比较而言，添加适量的低熔点氧化物或低熔点玻璃，工艺简单，成本低廉，易于材料批量化生产，并且不会恶化材料的微波介电性能。世界著名的几大制造商（杜邦、IBM、Ferro、Hereus）均采用过添加低熔点玻璃来降低材料的烧结温度到900 ℃附近，以便能够与Ag电极共烧。

例如：公开号为：CN101786875A，名称为《低温烧结尖晶石结构微波介质材料及其制备方法》的中国发明专利，公开了一种在900℃烧结的添加低熔点物质的Li₂MgTi₃O₈陶瓷材料（低熔点物质为B₂O₃、BaCu(B₂O₅)和V₂O₅中的一种）。但该材料的综合性能还不够好，尤其是品质因数Q×f偏低（6600GHz≤Q×f≤40000GHz），而且添加物B₂O₃和V₂O₅在流延制备生带有不利影响。

综上所述，随着微波通讯技术的迅猛发展，对微波元器件的便携式、微型化提出了新的要求。用高介电常数微波材料制造的微波谐振器可极大减小器件尺寸，但进一步微型化的出路在于MCM的发展。在制造MCM用多层电路基板时，LTCC技术具有独特的技术优势，因此与LTCC技术相适应的多层介质器件和相关材料得到了业界广泛的重视和研究开发。适用于LTCC技术、微波性能优异、能与Ag电极共烧良好、化学组成和制备工艺简单、成本低廉的新型微波介质陶瓷材料是一类极具产业化应用前景的新材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中LTCC的不足，提供一种低温共烧锂镁钛微波介质材料及其制备方法。该低温烧结微波介质陶瓷材料是在Li₂MgTi₃O₈中通过添加少量低熔点玻璃，其烧结温度可降到875 ℃左右，同时具有更加优秀的微波介电性能。

实现本发明目的的技术方案是：

一种低温共烧锂镁钛微波介质陶瓷材料，它由主成分Li₂MgTi₃O₈及低熔点玻璃粉组成，玻璃粉以粉末形式加入到Li₂MgTi₃O₈主粉体中，然后在球磨机中混匀、干燥、造粒、烧结制成。按照配方：Li₂MgTi₃O₈+玻璃粉进行配料，其中：玻璃粉占Li₂MgTi₃O₈质量的0.5～3wt%。低熔点玻璃为LMB（Li₂O-MgO-B₂O₃）玻璃。

一种低温共烧锂镁钛微波介质陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）合成Li₂MgTi₃O₈，备用；