[发明专利]一种无助熔剂低损耗LTCC材料及其制备方法

说明书

本发明属于微波介质材料及其制造领域，具体涉及一种无助熔剂低损耗LTCC材料及其制备方法。本发明材料的化合式为：Zn_3‑x‑yCo_xCu_yB₂O₆(0.05≤x≤0.20,0.02≤y≤0.12)，烧结温度825℃～875℃，相对介电常数5.85～6.95，Q×f值63400GHz～165000GHz，谐振频率温度系数‑25ppm/℃～‑70ppm/℃。在本发明中通过Co、Cu离子共替代的方式，将材料体系的烧结温度降低至825～875℃，完全满足LTCC低温烧结的要求，且材料损耗还能够大幅度的下降，材料为纯陶瓷材料，无玻璃助熔剂掺杂，降低了材料制备的成本，同时避免玻璃掺杂带来的损耗增大及LTCC工艺的不兼容问题，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于微波介质材料及其制造领域，涉及一种低介低损耗低温共烧陶瓷(LTCC)材料及其制备方法。

背景技术

微波介质材料在无线通讯及高集成度的电子系统里非常重要，通常被用于制作滤波器、电容器和双工器等无源器件或者封装基板材料。随着电子产品的快速发展，元器件趋于小型化、高性能、高可靠性，电子封装趋于高集成度、多功能、小型化发展，LTCC陶瓷材料是微波介质材料的一种，它最大的特点是烧结温度在900℃附近，利用LTCC叠层技术，通过与电阻率小的金属银三维叠层共烧，实现器件的小型化、低损耗、高集成度、高可靠性、低成本等优点。

目前，LTCC器件已经广泛应用于移动设备、通讯基站、卫星等对小型化及对高可靠性有需求的其他场合，而LTCC材料是制作LTCC器件的基础，目前高性能LTCC材料主要依赖国外进口(如美国、日本)。因此，开发拥有自主知识产权的高性能LTCC微波材料非常重要，为研发和生产拥有完全自主知识产权的高性能LTCC微波器件提供材料基础。

微波介质材料的组成体系非常丰富，包括硅酸盐、钛酸盐、钨酸盐、硼酸盐等，但是，大部分材料的固有烧结温度都高于900℃，无法直接应用于LTCC技术，为了降低材料的烧结温度，通常需要向材料加入助熔剂(低熔点的玻璃或者化合物)。一般情况下，加入助熔剂降低烧结温度后，材料的介质损耗会比高温烧结的条件下更高，而且玻璃助熔剂的加入可能会带来LTCC工艺的不兼容问题。因此，如果能开发出无需助熔剂掺杂即能获得优良介电性能的电子陶瓷材料体系，那么在LTCC技术将有很好的应用前景。

根据文献报道，具有单斜晶系结构的Zn₃B₂O₆陶瓷具有较低的烧结温度(925℃烧结致密)和较好的微波介电性能(ε_r＝6.7,Q×f＝58500GHz，τ_f＝-58ppm/℃)“X.G.Wu,H.Wang,Y.H.Chen,D.Zhou,Synthesis and microwave dielectric properties of Zn₃B₂O₆Ceramics for substrate application,J.Am.Ceram.Soc.95(2012)1793–1795.)”。但其距满足LTCC要求的900℃或以下低温烧结还有一些距离，且材料Qf值还不算太高。

发明内容

为了向高性能的LTCC器件开发提供综合性能优良的LTCC微波陶瓷材料，针对目前单斜晶系结构的Zn₃B₂O₆陶瓷还不能应用于LTCC技术，且材料Qf值还不算太高的问题；本发明提供了一种无助熔剂低损耗LTCC材料及其制备方法。

具体技术方案如下：