[发明专利]一种低介电常数微波介质陶瓷粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低介电常数微波介质陶瓷粉体及其制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

低温共烧陶瓷技术（LTCC）在现代电子技术中占据着重要地位，该技术不但能促进电子器件向小型化和多功能化方向的发展，更能制备出高稳定和高可靠性的电子元器件。LTCC技术的核心是实现陶瓷材料和高电导率金属材料的低温共烧，由于传统的30Pd/70Ag电极（熔点1167℃）成本较高，而低成本的Cu、Ni等电极易氧化而不稳定，致使金属Ag电极（熔点961℃）成了目前高可靠性片式电子元器件的首选金属材料；由此要求相应陶瓷材料的烧结温度低于金属Ag电极的熔点。

低介电常数的陶瓷材料在无线通信中具有极其重要的应用。为解决低频段的拥挤并扩大频率资源，无线通信正朝更高频段的方向发展。无线通信使用频率的提高，要求作为信息技术基本组成元素的电子元器件具有较高的自谐振中心频率(f₀)。高的自谐振中心频率对应着低的介电常数(ε_r)。低介电常数能减小材料与电极之间的交互耦合损耗，并提高电信号的传输速率；发展低介电常数(ε_r≤10)材料以满足高频和高速的要求，已成为当今电子材料如何适应高频应用的一个挑战。传统的低介电常数陶瓷材料主要是氧化铝陶瓷，但其烧结温度高达1650℃，即便通过添加低熔点氧化物和其它烧结助剂，其烧结温度仍然高达1350℃以上，无法用于与金属银电极的低温共烧。

硅灰石（CaSiO₃）是一种具有优良介电性能的低介陶瓷材料，然而其烧结温度在1300℃以上，且烧结温度范围非常窄。Wang等（J Eur Ceram Soc,2012,32:541-545)通过在CaSiO₃粉体中添加适量的Al₂O₃粉体，制备的CaSiO₃陶瓷具有良好的微波介电性能：介电常数ε_r为6.66，品质因数Q×f为24,626 GHz，但是其1250℃的烧结温度无法用于与金属电极的低温共烧。为降低CaSiO₃陶瓷的烧结温度，相关科研工作者通过在CaSiO₃中添加一定量的B₂O₃，以及改变CaO、SiO₂、B₂O₃之间的比例，可以获得以CaSiO₃为主要晶相的玻璃陶瓷；然而，大量玻璃相的存在，急剧降低了玻璃陶瓷的品质因数。Sun等(Mat Sci Eng B, 2007, 138: 46-50)通过Mg²⁺对Ca²⁺的取代，通过传统的固相合成法，获得了具有良好微波介电性能的CaMgSi₂O₆陶瓷；然而，其烧结温度仍然高达1290～1310℃。

从上述国内外研究结果可知，硅酸盐系微波介质陶瓷具有低的介电常数和良好的品质因数，但其烧结温度过高，很难与低熔点金属电极共烧，且低温烧结助剂的存在极大地恶化其品质因数。因此，在不降低陶瓷品质因数的前提下，降低其烧结温度，使其满足与金属银电极共烧的要求，是低介硅酸盐陶瓷更为广泛应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较低烧结温度、可与金属银电极实现低温共烧、性能优良的低介电常数微波介质陶瓷粉体及其制备方法。

本发明提出的低介电常数微波介质陶瓷粉体，其摩尔份数组成为：

CaCO₃                 25份

MgO                  5～22份

SiO₂                  45～50份

Al₂O₃                 0.1～4份

ZnO                  0.1～15份

CoO                  0.1～10份

作为优选，本发明提出的低介电常数微波介质陶瓷粉体，其摩尔份数组成为：

CaCO₃                 25份

MgO                  8～15份