[发明专利]一种介电可调的低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，具体涉及一种烧结温度在950℃以下的陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

信息技术的飞速发展，迫切要求高速数据和高电流密度传输，电子线路日益向微型化、集成化和高频化的方向发展，这就对电子元件提出了尺寸微小、高频、高可靠性、成本低廉和高集成度的要求。低温共烧陶瓷(LTCC)技术就是将元件和线路以印刷方式整合至多层陶瓷基板上，再通过低温一次烧结，使元件稳定地埋入基板结构中，从而达到元件高度集成化及产品小型化的目的。

对于LTCC技术而言，作为无源元件集成的主流技术，不但可以解决片式元件的封装尺寸极限问题，而且具有以下优点：

(1)在2.4MHz～80GHz频率范围内，LTCC技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术；

(2)由于批量生产设备和工艺的引入，原材料成本降低以及在中国进行加工制造，LTCC产品的成本得以大幅度的降低；

(3)由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件，模块尺寸减小20％～40％，系统成本更低；

(4)满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中，LTCC材料是最理想的材料。

LTCC技术用高性能电子材料是LTCC器件开发与生产的一个重要方面，利用铁电陶瓷材料的电学非线性是实现无源可调谐微波器件的重要技术途径，开发应用于微波可调器件的BST低温共烧陶瓷材料已成为当前的研究热点。

近年来，钛酸锶钡(BST)陶瓷材料由于在直流电场作用下，具有介电常数非线性可调的优异介电性能，在微波可调器件(移相器、滤波器等)应用领域有着重要的意义。但是，采用传统的电子陶瓷制备工艺，BST陶瓷的烧结温度一般在1350℃以上，如此高的烧结温度基本不能与廉价银、铜电极材料共烧，很难满足LTCC的技术要求。此外，对于BST陶瓷材料，一般具有高的介电常数，在微波可调器件应用方面，要求材料具有合适的介电常数，才能满足阻抗匹配。因此，LTCC技术用BST陶瓷材料开发的关键难点也就是在保证材料具备适当的介电性能(介电常数、高低频介电损耗以及可调性等)的前提下，如何解决材料的低温烧结(即与廉价银、铜电极材料共烧)问题。

对于提高BST材料的介电性能的手段主要还是通过掺杂改性，美国专利us5,635,434“Louise Sengupta，Warwick.Ceramic Ferroelectric Composite Material-BSTO-MagnesiumBased ompound.”报道利用Mg类改性剂(MgO、MgZrO₃、MgAl₂O₄、MgTiO₃)来改性，Mg类改性剂对降低BST陶瓷的介电常数都有显著的效果，而MgO对降低BST陶瓷的低频损耗效果最好，但使材料的电压可调性下降；这些通过Mg类改性剂的掺杂虽然有效降低了BST陶瓷的介电常数和介电损耗，但烧结温度都在1350℃以上，基本不能满足LTCC工艺的要求。