[发明专利]低温共烧介质陶瓷制备方法及其材料和烧结助剂

说明书

技术领域

本发明涉及介质陶瓷材料领域，特别涉及一种低温共烧介质陶瓷材料及其烧结助剂和采用上述低温共烧介质陶瓷材料制备低温共烧介质陶瓷的制备方法。

背景技术

近年来，随着现代信息产业的飞速发展，电子线路的微型化、轻量化、集成化和高频化对电子组件提出了小尺寸、高频率、高可靠性和高集成度的要求，在众多微电子集成和组件整合技术中，低温共烧陶瓷已经成为目前电子组件集成化的主流方式。

低温共烧陶瓷（Low-temperature cofired ceramic，简称LTCC）技术就是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃烧结，制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。LTCC最先由美国的休斯公司于1982年研制成功，其将陶瓷介质材料经流延获得的生瓷带叠压在一起而制成的多层电路，内有印制互连导体、无源元件和电路，并将该结构烧结成一个集成式陶瓷多层材料。LTCC的生瓷带利用常规的流延方法制备，把生瓷带切成大小合适的尺寸，打出对准孔和内腔，互连通孔采用激光打孔或机械钻孔形成。将导体连同所需要的电阻器、电容器和电感器网印或光刻到各层陶瓷片上。然后各层瓷片对准、叠层、静压并在850℃左右共烧。制成三维电路网络的无源集成组件，也可制成内置无源组件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。利用现有的厚膜电路生产技术装配基板和进行表面安装。由于烧结温度低，可以采用银、铜等高电导率的材料作为互连材料，特别适合高频电路使用。

LTCC产品的应用领域很广泛，如各种制式的手机、蓝牙模块、CPS、PDA、数码相机、WLAN、汽车电子、光驱等。目前，LTCC技术最常被应用于手机的射频系统上，射频器件的基本单元——谐振器的长度与材料的介电常数的平方根成反比，所以当器件的工作频率较低时(如数百兆赫兹)，如果用介电常数低的材料，器件尺寸将大得无法使用。由此可见，介电常数是LTCC材料较关键的性能，最好能使介电常数系列化以适用于不同工作频率的需要。

目前，国内外制备低温烧结陶瓷介质材料一般采用的方法有：1.在陶瓷粉料中添加玻璃混合物来作为烧结助剂，此方法生产工艺简单，容易控制，但要把烧结温度降到850℃左右，必须加入较大比例的该种烧结助剂，由于烧结助剂太多而容易引起材料电性能劣化，难以获得性能良好的低温烧结陶瓷介质材料；2、通过高温溶融的方法来获得具有良好助溶效果的玻璃粉，在陶瓷粉料中添加这种玻璃粉作为烧结助剂，容易实现低温烧结的目的，同时也能保证陶瓷介质材料的良好介电性能，但该方法能耗较高，且生产工艺复杂，对生产设备及过程控制要求较高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高低温共烧介质陶瓷的介电性能的烧结助剂及低温共烧介质陶瓷材料及低温共烧介质陶瓷制备方法。

一种低温共烧介质陶瓷材料用烧结助剂，按质量百分比，包括：40%~55%的二氧化硅、5%~16%的氧化硼、12%~17%的氧化锌、5%~15%的氧化铝、3%~10%氧化锂、0~5%的氧化铜、0~5%的四氧化三钴及3%~8%的通式为R₂O₃的氧化物；其中，R为镧、钕、钐及镝中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述低温共烧介质陶瓷材料用烧结助剂包括：47%~55%的二氧化硅、5%~16%的氧化硼、12%~16.5%的氧化锌、5%~12.2%的氧化铝、3%~19%的氧化锂、0.5~5%的氧化铜、0~5%的四氧化三钴及3%~7.5%的通式为R₂O₃的氧化物。

一种低温共烧介质陶瓷材料，按质量百分比，包括：55%~75%的钛酸盐、22%~42%的上述烧结助剂及2%~10%的改性剂；

其中，按质量百分比，所述钛酸盐包括72%~90%的Zn_1-xMg_xTiO₃和10%~28%的Ba₂Ti₉O₁₁，其中，0.03≤x≤0.3；所述改性剂为二氧化钛、二氧化锰、二氧化锆、三氧化二铋及五氧化二铌中的至少一种。

在其中一个实施例中，包括：58%~75%的钛酸盐、22%~38%的烧结助剂及2%~6%的改性剂。