[发明专利]一种SiO2

说明书

本发明涉及一种SiO₂系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。一种SiO₂系高频低介低温共烧陶瓷材料，由重量百分比为30％‑50％的硼硅酸盐玻璃、30％‑55％的SiO₂和1％‑15％的析晶控制添加剂组成。本发明还公开了SiO₂系高频低介低温共烧陶瓷的制备方法。该陶瓷材料可以在840‑900℃温度下烧结致密，10GHz高频下介电常数为4.0‑4.5，介电损耗小于0.3％。本发明材料可广泛应用于LTCC耦合器、功分器、天线、滤波器等高频元器件的制造。本发明通过引入析晶控制添加剂，有效控制SiO₂多晶转变，显著改善陶瓷的表面开裂问题，大大提高了元器件可靠性。

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷材料领域，具体涉及一种SiO₂系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷技术(Low-temperature co-firing ceramics，LTCC)是电子封装技术的一种，它通过将多个印有金属图案的陶瓷膜片堆叠共烧，完成电极的空间布线，实现特定的元器件功能，由于采用高导电率低熔点的银或铜做布线，需要对应能在900℃或1000℃以下低温烧结的陶瓷材料与之匹配。LTCC技术因其小型化、集成度高、高性能和高可靠性等特点而广泛应用于各类电子元器件、陶瓷管壳、射频基板和模组等产品中。

在微波技术中，信号的传输速率与材料的介电常数成反比，为了降低信号在传输过程中的延迟，通常希望材料的介电常数越低越好。目前常用的材料介电常数在6-8左右，如Ferro A6-M(介电常数5.9±0.2)，DuPont 951(介电常数7.8)等。但是随着移动通信、无线通信、卫星通讯和导航、电子对抗和雷达等领域技术的迅速发展，微波技术朝着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展，这就要求低温共烧陶瓷具备更低介电常数。

目前介电常数最低的常用陶瓷材料为SiO₂。通常结晶SiO₂的介电常数在4.0～4.6，介电损耗0.15％，频率温度系数τf在-15ppm/℃左右，烧结温度高达1650℃。而无定型SiO₂(熔融石英)的介电常数在3.5-3.8，介电损耗0.008％，文献报道其τf在-10ppm/℃左右，烧结温度一般为1350℃。

结晶SiO₂和无定型SiO₂都是实现低介材料的理想原料，而无定型SiO₂在介电损耗方面更具优势，是低介低温共烧陶瓷材料开发的优选基料。通常可通过引入低熔点玻璃等烧结助剂来制备SiO₂系的低温共烧陶瓷材料。专利CN 103011788A利用硼硅酸盐玻璃的低软化点和高纯超细球形石英的低介电常数(5.1)和低膨胀系数(4.6ppm/K)，开发了一种低介低膨胀低温共烧陶瓷材料。专利CN 110903078A利用SiO₂为主晶相的SiO₂-Li₂TiO₃复合陶瓷与LBSCA玻璃制得的低温共烧陶瓷，介电常数4.5-5.1。但是以上专利都未披露SiO₂晶相种类信息，而在SiO₂材料体系中，通常情况下助剂和低熔点玻璃的引入极易起到矿化剂作用，在烧结和降温冷却过程中会促进SiO₂的多晶转变，在发生多晶转变的过程中，由于其内部结构发生了变化，伴随着体积的变化(如方石英α-β相转变过程中体积变化高达3.2％)产生较大的应力，往往会在烧结后或者实际应用中出现微裂纹或者开裂现象，在微波元器件制造中可导致产品失效报废或者可靠性失效引起严重的质量问题，这将大大限制SiO₂系低温共烧陶瓷材料的应用。