[发明专利]一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子陶瓷材料领域，特别是涉及一种低温共烧微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着移动通讯的迅猛发展，移动通信终端正向着小型化、轻量化、集成化方向发展，对以微波介质陶瓷为基础的微波电路元器件提出减小尺寸的要求，实现这一要求，有以下两种途径：一是寻找高介电常数的微波介质材料；二是借助于LTCC低温共烧技术。

低温共烧陶瓷技术(LowTemperatureCo-firedCeramic，LTCC)是近年来兴起的一种新型多学科交叉的整合组件技术，它在推动微波器件体积小型化和提高微波电路组装密度中都起到了巨大作用，成为电子器件模块化的关键技术之一。为了能与银(熔点为961℃)等高电导率的金属电极在空气中共烧，微波介质陶瓷的烧结温度要降到950℃以下。

BaO-Ln₂O₃-TiO₂类陶瓷有较高的介电常数和Qf值，并可在较大范围内通过调整配方，得到不同特性的微波介电性能，但由于其烧结温度过高(>1200℃)，大大限制了其在LTCC领域的应用。为了实现与导体浆料的匹配共烧，大多采用掺入低熔点玻璃以降低陶瓷的烧结温度，但这种“陶瓷+玻璃”体系还存在很大的不足：①生产成本高，由于需要高温熔制玻璃，热处理时间长，耗能大，高温挥发易造成配方改变；②对设备要求高，玻璃熔融后，淬火对设备损耗大；③淬火后的玻璃渣硬度高，难以磨细。④玻璃相的存在，使得材料的损耗大幅增加。因此，如何在保证BaO-Ln₂O₃-TiO₂类陶瓷优异的微波介电性能基础上，降低材料的烧结温度，实现与银电极的匹配共烧，成为该领域的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不用熔制玻璃、收缩一致性好、介电性能优良，非常适合LTCC流延工艺生产的低温共烧陶瓷材料及其原料与制备工艺。

本发明提供一种低温共烧微波介质陶瓷材料，由87～97wt%的微波介质陶瓷、0～6wt%的粉末a和3～7wt%的粉末b混合制成，所述粉末a为预烧体，其组分为摩尔百分比1:1的Nd₂O₃与Al₂O₃，化学通式为NdAlO₃；所述粉末b为预烧体，其组分为摩尔比为1∶1：1的BaO、CuO与B₂O₃，化学通式为BaCu（B₂O₅）。

所述微波介质陶瓷，化学通式Ba₄(Nd_1.0-xBi_x)_9.33(Ti_0.9Zr_0.1)₁₈O₅₄，在BaO-Ln₂O₃-TiO₂系陶瓷中掺入Bi₂O₃取代Nd₂O₃，可以降低材料的烧结温度，并提高材料的介电常数，但随着Bi取代量的增加，品质因数呈直线下降的趋势。因此，需将Bi₂O₃取代量控制在一定的范围内，0.05≤x≤0.35，优选0.10≤x≤0.25。

本发明还提供了上述微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将原材料BaCO₃、Nd₂O₃、Bi₂O₃、ZrO₂、TiO₂粉体按化学通式Ba₄(Nd_1.0-XBi_x)_9.33(Ti_0.9Zr_0.1)₁₈O₅₄配料,以无水乙醇为介质，行星球磨3～6小时，取出后烘干，过40目筛，然后在1100～1200℃大气气氛中预烧2～4小时，制成BNBTZ基料；