[发明专利]一种低温烧结微波介质材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种低温烧结微波介质材料及其制备方法。所述低温烧结微波介质材料的化学组成为xM_uAl_vO_w+y(aCuO‑bTiO₂‑cNbO_2.5)；其中，M为Mg、Zn、Ca、Ba中的至少一种，1≤u≤2、1≤v≤2、4≤w≤5；x、y为质量百分数，1 wt%≤y≤10 wt%，x+y=100 wt%；a、b、c为摩尔百分含量，其中0≤a≤100%，0≤b≤100%，0≤c≤100%，且a+b+c=100%。

技术领域

本发明涉及一种低温烧结微波介质材料组成及其制备方法具体涉及一种通过晶界活化烧结制备的具有高品质因子和介电常数可调的低温烧结微波介质材料及其制备方法，属于功能陶瓷材料领域。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics，LTCC)是指能够在较低温度(＜ 950℃)下与具有优良电导性能的Au、Ag、Cu等金属或合金电极材料共烧以获得功能元器件或封装基板的陶瓷材料。

随着电子信息技术的飞速发展，对能够满足差异化应用场景的新型高性能LTCC材料需求越来越迫切。例如，5G及未来通信系统要求LTCC介质材料具有超低的介电损耗，以满足在毫米波及更高频率下工作的需求；高密度大功率电子集成模块对LTCC介质材料的力学和热学性质提出了更高的要求。然而，传统LTCC材料存在损耗大、强度低、热导率低的难题，因此难以满足应用需求。这类问题的根源主要是因为传统LTCC材料大多含有玻璃成分，玻璃相的引入虽然可以降低烧结温度，但也存在降低热导率、降低机械强度以及增大介电损耗等问题。

近年来，国内外LTCC材料的研究者们针对上述问题开展了诸多有益的研究工作：从玻璃的组成和结构设计出发，研制新型低损耗的LTCC玻璃；基于本征低熔点结晶化合物系列的无玻璃相LTCC介质材料研究，例如钼酸盐、碲酸盐和钨酸盐等；基于低熔点液相烧结助剂的Li-Nb-Ti-O系LTCC微波介质材料；采用冷烧(Cold-sintering)技术获得无玻璃相的新型低损耗LTCC介质材料等。尽管以上研究报道中的新型LTCC介质材料体系大都表现出了优异的介电性能和烧结特性，但这些材料体系仍然存在组分复杂、稳定性不理想、烧结工艺特殊和敏感等问题，部分体系还存在与银发生化学反应以及原料毒性等方面的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了通过晶界活化烧结制备具有高品质因子和介电常数可调的低温烧结微波介质材料及其制备方法，是一种获得高性能LTCC介质材料的新途径，其制备工艺简单，材料综合性能和烧结特性易于调控，极具实用价值。

一方面，本发明提供了一种低温烧结微波介质材料，所述低温烧结微波介质材料的化学组成为xM_uAl_vO_w+y(aCuO-bTiO₂-cNbO_2.5)；其中，M为Mg、Zn、Ca、Ba中的至少一种，1≤u≤2、1≤v≤2、4≤w≤5；x、y为质量百分数，1wt％≤y≤10wt％，x+y＝100 wt％；a、b、c为摩尔百分含量，其中0≤a≤100％，0≤b≤100％，0≤c≤100％，且 a+b+c＝100％。优选地，50≤a≤55％，35≤b≤40％，10≤c≤15％，且a+b+c＝100％。

较佳的，所述低温烧结微波介质材料的介电常数为8～13，介电损耗为(1～15) ×10^-4。

较佳的，所述低温烧结微波介质材料的密度为4.41～4.58g/cm³，热导率为5～15W/m·K。

较佳的，所述低温烧结微波介质材料的弯曲强度为150～300MPa，25～350℃下的热膨胀系数为7.2～7.7ppm/℃。

较佳的，所述低温烧结微波介质材料与金属金、银、铜电极在950℃以下匹配共烧。