[发明专利]一种低介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及用于制造微波频率使用的陶瓷基板、谐振器与滤波器等微波元器件的介电陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着微波移动通讯技术不断向高频化和数字化方向发展，对元器模块化的要求也越来越迫切。低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC)要求微波介质材料必须性能优异、具有低的烧结温度(≤900℃)，且能够与Ag电极共烧兼容，这使得它成为电子器件模块化的主要技术之一。目前商业化的微波介质陶瓷材料体系的烧结温度一般高于1300℃，不能直接与Ag和Cu等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。

为了满足LTCC技术需求，国内外的研究人员对低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，目前固有烧结温度低的Li基、V基、Bi基化合物、硼酸盐体系化合物、磷酸盐体系化合物、钨酸盐体系化合物和碲酸盐体系化合物等材料体系是研究的热点方向。这些化合物的晶体结构以钙钛矿结构，尖晶石结构，白钨矿结构及石榴石结构等为主，但微波介电性能参差不齐，其中大部分文章报道的V基、Bi基、钨(钼)基微波介质陶瓷材料或硼酸盐微波介质陶瓷材料的综合微波介电性能比较差，通常表现为品质因数高但谐振频率温度系数过大，或者谐振频率温度系数近零但品质因数过低。这是由于微波介电陶瓷的三个性能指标(ε_r与Q·f和τ_f)之间是相互制约的关系(见文献：微波介质陶瓷材料介电性能间的制约关系，朱建华，梁飞，汪小红，吕文中，电子元件与材料，2005年3月第3期)，满足三个性能要求且可低温烧结的单相微波介质陶瓷非常少。目前对微波介质陶瓷的研究大部分是通过大量实验而得出的经验总结,却没有完整的理论来阐述微观结构与介电性能的关系，而且也无法在理论上从化合物的组成与结构上预测其谐振频率温度系数和品质因数等微波介电性能。更重要的是，微波介质陶瓷材料的制备工艺也是影响材料微波介电性能的主要因素之一，从已商业化的微波介质陶瓷到近来综合微波介电性能较好的微波介质陶瓷材料，其主要的制备方法是通过高温固相合成法，这是因为该方法技术成熟，工艺简单，生产效率高，相对于溶胶凝胶法，水热法等为代表的湿化学法在工业生产上更具有可操作性和经济价值，但高温固相合成法其固有的缺点，如能耗大、球磨后颗粒易团聚等仍应引起该领域的足够重视。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种低介电常数微波介质陶瓷材料以及制备该微波介质陶瓷材料的方法。该微波介质陶瓷材料具有良好的热稳定性与低损耗，同时可低温烧结，而且材料中的主体化合物为首次报道具有良好微波介电性能的化合物。

为了克服现有技术的不足，本发明提供的技术方案是：

一种低介电常数微波介质陶瓷材料，该陶瓷材料的化学组成式为：(1-z)Ca₂Na_6-yLi_yAl₆Si₆O₂₄(XO₄)₂-zTiO₂，其中0.5≤y≤3，0.05≤z≤0.1，z为摩尔比，X为S，Mo或W中的一种；该陶瓷材料的微波介电性能为：介电常数为19.3～21.6，品质因数Qf为43500～67100GHz，谐振频率温度系数为-18ppm/℃～7ppm/℃。

进一步的，所述的陶瓷材料中，Ca₂Na_6-yLi_yAl₆Si₆O₂₄(XO₄)₂(其中0.5≤y≤3)的结构为蓝方石结构，其品质因数为51000～70600GHz，介电常数为17.2～19.4，谐振频率温度系数为负。

针对本发明的另一目的，本发明还提供一种低介电常数微波介质陶瓷材料的制备方法，它由以下步骤组成：