[发明专利]一种介电常数系列可调的低温共烧电介质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种介电常数系列可调的低温共烧电介质材料，所述低温共烧电介质材料包含氧化锆主相和硅基非晶相填充料，所述氧化锆主相和硅基非晶相填充料的重量之比为：氧化锆主相：硅基非晶相填充料＝40～65：35～60；所述SiO₂在所述硅基非晶相填充料中的重量百分含量≥50％。本发明通过控制氧化锆主相和硅基非晶相填充料的比例，所得材料的介电常数在7～12较宽的范围内连续可调，而且介电损耗可低至0.1％@1MHz。该材料体系可在800～900℃烧结，能够与银电极兼容共烧，可以用作低温共烧电介质材料。本发明还公开了所述介电常数系列可调的低温共烧电介质材料的制备方法。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种介电常数系列可调的低温共烧电介质材料及其制备方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，主动元件的封装已经得到了快速的发展。然而在实际器件应用中，被动元件(电容、电感等)的数量通常比主动元件要多十倍以上。如此大的被动原件的数量制约着器件的小型化发展。低温共烧陶瓷技术因其独特的三维立体结构，已经成为目前最有前景的被动元件封装技术。常用的低温共烧陶瓷材料主要基于微晶玻璃体系和玻璃/陶瓷复合体系。目前对于氧化锆在低温共烧陶瓷材料中的研究主要集中在微晶玻璃体系，即氧化锆作为成核剂来控制玻璃的晶化。对于不同组分的玻璃，加入的氧化锆的含量通常在1％～10％，而且一般存在最佳值。如果偏离这个最佳值，则会引起明显的性能退化，所以样品的介电常数相对单一。对于玻璃/陶瓷复合体系，其中的玻璃主要用来降低烧结温度，而陶瓷材料主要决定烧结后的性能。I.Choi等人曾尝试将ZrO₂作为陶瓷填充材料与钙铝硼硅酸盐玻璃主相(由熔融-淬火法制备主相共烧，所得的样品介电常数在9左右，而且介电损耗偏高(tanδ＝0.006)。总的来说，尽管有研究者对氧化锆在低温共烧陶瓷中的应用做了一些研究和探索，但这些产品的介电常数相对单一，由于玻璃相的高介电成分太高，从而使整个材料系统无法实现介电常数可连续调控。在低温共烧陶瓷材料的集成模块中常包含不同介电常数的材料，如果这些材料都是基于不同的材料体系，那么在共烧时由于它们之间烧结特性的不同，往往会引发层裂、翘曲等缺陷。但如果能基于同一材料体系开发出介电常数系列可调的配方，则可以有效地避免这类问题。另外，目前基于玻璃/陶瓷复合的LTCC材料中，几乎所有的玻璃都是由熔融-淬火法制得。这种方法有两个主要的弊端：一是因为玻璃中一些易挥发的组分，比如B₂O₃和Bi₂O₃，使得到的玻璃粉与最初设计的组分有偏差，进而导致最终样品性能不及预期效果；另一个是这种方法并不适用于制备所有玻璃，比如CaO-SiO₂玻璃等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种介电常数系列可调的低温共烧电介质材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种介电常数系列可调的低温共烧电介质材料，所述低温共烧电介质材料包含氧化锆主相和硅基非晶相填充料，所述氧化锆主相和硅基非晶相填充料的重量之比为：氧化锆主相：硅基非晶相填充料40～65：35～60；所述SiO₂在所述硅基非晶相填充料中的重量百分含量≥50％。

氧化锆主相和硅基非晶相填充料组成的低温共烧电介质材料介电常数可调性增强，可实现介电常数在7～12的调控。

优选地，所述低温共烧电介质材料包含以下重量百分含量的组分：ZrO₂ 40％～65％、SiO₂ 27.03％～46.33％、Na₂O 0.27％～0.46％、K₂O 1.23％～2.11％、CaO0.73％～1.26％和B₂O₃ 5.73％～9.83％。该材料体系具有相似的烧结特性，共烧时可以避免层裂、翘曲等缺陷。