[发明专利]一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种低温烧结微波介质陶瓷材料、一种低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法以及低温烧结微波介质陶瓷材料在制备金属Ag作为电极的低温共烧陶瓷中的应用，本发明的低温烧结微波介质陶瓷材料化学通式为：Zn_1.92Cu_0.08GeO₄‑y wt.％B₂O₃，其中y＝0.25～1；本发明的陶瓷材料烧结温度均在960℃以下满足与金属电极Ag(熔点961℃)共烧条件，Zn_1.92Cu_0.08GeO₄+0.5wt.％B₂O₃陶瓷材料在940℃下与银电极共烧表现出良好的介电性能：ε_r＝7.38，Q×f＝108500GHz和τ_f＝‑25.3ppm/℃，可以与导电电极叠加后进行多层共烧制备出小型化、集成化、多适应性、低成本、规模化的电子元器件；其化学组成和制备工艺简单，可用于工业生产。

技术领域

本发明属于微波介质陶瓷材料及低温烧结技术领域、具体涉及一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料。微波介质陶瓷作为一种新型电子材料，在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等。低温共烧陶瓷(LTCC)在低温下烧结整合微波介质材料可以把满足条件的微波介质材料与导电电极叠加后进行多层共烧制备出小型化、集成化、多适应性、低成本、规模化的电子元器件。LTCC技术下制备低温的广泛应用于微波技术的许多领域，如移动电话、卫星广播、雷达、无线电遥控等，实现电子元器件升级并降低能耗。

低介介电常数微波介质材料由于本身具有优良特性，所以被广泛应用在现代通信系统的发展中，它们被用作微波集成电路或与毫米通信相关的元件的基板材料。对于衬底材料的应用，介质材料要有较低的介电常数(ε_r)以缩短信号延迟时间，具有高品质因数(Q×f)以降低功率耗散和接近零的谐振频率温度系数(τ_f)以产生耐温器件。近来，微波通信电子元器件尺寸不断减小以及性能要求不断增强，这种小型化要求可以使用低温共烧陶瓷(LTCC)技术来实现。一般来说，熔点约为960℃的金属Ag经常使用在LTCC器件中作为电极，因为它的导电性非常好且价格低廉。用于LTCC器件的微波介电陶瓷必须在低于960℃的温度下烧结，因为它们在烧结过程中烧结温度不能高于Ag电极的熔点温度。

随着低温共烧陶瓷技术(LTCC)的不断发展，微波介质陶瓷材料的应用和研究前景更加广泛。微波介质陶瓷存在三个主要性能指标ε_r、Q×f、τ_f，这三个性能之间相互制约。总结前人工作基本都是在高温下完成微波介质陶瓷烧结。目前在低温下烧结，既能满足微波介质陶瓷的三个性能要求并且是纯相的微波陶瓷很少存在。通常会出现Q×f品质因数不高或者τ_f谐振频率温度系数不接近于零，不能达到预期要求进行实际应用。这些制约着低温共烧陶瓷技术的发展。探索和研发既能低温烧结降低能耗实现LTCC技术同时具有高微波介电性能的潜在材料是未来发展和突破的方向。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够进行低温烧结，同时表现出良好的微波介电性能组合的低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，并且能够用于制备金属Ag作为电极的低温共烧陶瓷。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种低温烧结微波介质陶瓷材料，其化学通式为：Zn_1.92Cu_0.08GeO₄-y wt.％B₂O₃，其中y＝0.25～1。

一种如上所述的低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：