[发明专利]低介电常数低损耗的低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了低介电常数低损耗的低温共烧陶瓷材料及其制备方法，按质量份计，该材料由10～40份Al₂O₃、0～40份SiO₂、0～60份粉末A、0～60份粉末B和8～30份粉末C组成，粉末A和粉末B至少有一种；粉末A的组分为40～70份Bi₂O₃，10～30份ZnO，15～45份H₃BO₃；粉末B的组分为摩尔比1:1:2的BaO前驱体、CuO和H₃BO₃；粉末C的组分为摩尔比2:1的MgO与SiO₂。将原料按比例混合，经球磨、干燥、造粒、压片、排胶和烧结等工序，最终制备出介电常数在5.2～10范围内可调、介电损耗小于0.002、绝缘电阻率高于1×10¹⁴Ω·cm的低温共烧陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及低温共烧陶瓷技术领域，尤其涉及低介电常数低损耗的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)是在由低温共烧陶瓷粉料制成的生瓷带上，通过激光打孔、微孔注浆、精密导体印刷等工序制备出所需的电路，再将多个被动组件(如电容、电阻、滤波器、耦合器等)通过生瓷带的叠压埋入基板内部，最后在900℃以下的温度一次烧结，制成具有三维网络结构的无源集成组件，还可以通过在其表面贴装IC和有源器件，制成有源/无源集成的功能模块。由于LTCC的优异性能，已经被广泛应用于制造各种片式电容和电感元件、片式天线、LED基座、集成电路封装、多芯片模块、微电子机械系统等，应用领域涉及LED封装、移动通信、汽车电子、医疗电子、航空航天及军事电子等。

从全球范围来看，欧美和日本等国家在LTCC领域具有很长时间的技术积累，在LTCC技术和产品质量方面领先于我国，特别是在商用LTCC材料上。现今，国际上提供成熟LTCC瓷料的公司主要有Dupont、Ferro和Heraeus三家。但是进口的LTCC材料不仅价格昂贵，而且在生产过程中对材料参数的调整受限，极大地限制了我国电子元件模块化和电子终端产品的发展。因而，开发出具有自主知识产权的LTCC材料及先进的生产工艺对于我国电子材料产业的发展具有重要意义。

目前，能够满足低温烧结的陶瓷材料可以分为三种：①微晶玻璃体系，又称玻璃陶瓷系；②玻璃烧结助剂+陶瓷系；③单相陶瓷系。国内外LTCC瓷料产品主要集中在微晶玻璃体系和玻璃烧结助剂+陶瓷系两种材料体系，单相陶瓷系因其材料成本和与金属电极的共烧匹配性问题，难以应用于实际生产过程。微晶玻璃体系陶瓷，对材料制备过程中的成分均一性和温度控制等要求极高，难以实现材料的系列化。而通过添加低软化点玻璃料、低熔点氧化物或化合物实现液相烧结，能够将性能优异的微波介质材料的烧结温度降至LTCC适用范围，有助于制备出介电性能系列化的LTCC材料。但是，常用的玻璃烧结助剂成分复杂、生产成本高，需要专业的设备进行玻璃的高温熔融炼制，热处理时间长、耗能大且不易放大生产。而且，玻璃的冷淬过程对设备损耗大，淬火后的玻璃渣硬度高，难以进行磨细加工，玻璃的形状差、工艺适应性不好。直接加入过多的低熔点氧化物往往会直接恶化材料性能和工艺适用性，难以达到工业应用的要求，因而选用合适的低烧助剂和与之匹配的微波陶瓷基体材料是开发LTCC瓷料的关键。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种不用熔炼玻璃，介电常数在5.2～10范围内可调，介电损耗小于0.002，绝缘电阻率高于1×10¹⁴Ω·cm的低介电常数低损耗的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种低介电常数低损耗的低温共烧陶瓷材料，该材料由10～40质量份的Al₂O₃、0～40质量份的SiO₂、0～60质量份的粉末A、0～60质量份的粉末B和8～30质量份的粉末C组成，粉末A和粉末B至少有一种；其中：