[发明专利]低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波通信用介质谐振器、振荡器等微波元器件的微波介质陶瓷技术领域，具体涉及一种低温烧结微波介质陶瓷材料以及制备方法。

背景技术

随着现代通信技术对小型化、集成化、模块化以及低成本的元器件的迫切需求，具有优异的电学、机械、热性能以及高的可靠性的低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC）技术已经成为通信用元器件制造的首选技术。LTCC技术最大的特征在于采用贱金属（如Ag）作为多层布线导体材料，提高信号传输速率以及可靠性，并且可以将多个微波电子元器件埋于基板中烧结提高成倍组装密度。采用此技术制备的元器件具有介电损耗低、可靠性高、成本低等优点，有着广泛的应用前景。

由于金属Ag电极的熔点在960℃，为了实现与陶瓷共烧，LTCC技术要求陶瓷的烧结温度低于900℃。目前大多数具有优异性能的微波介质陶瓷烧结温度高于1200℃，具有优异微波介电性能的Ba₅Nb₄O₁₅陶瓷也是如此。据报道，Ba₅Nb₄O₁₅微波介质陶瓷的介电常数为ε_r=41，品质因数Q×f＝57000GHz，谐振频率温度系数τ_f=50ppm/℃，但是烧结温度高于1380℃。为了实现与Ag电极的低温共烧，Kin.J.R等人在《Journal of the American Society》2002年85卷“Microwave Dielectric Properties ofLow-Fired Ba₅Nb₄O₁₅”一文中指出在陶瓷加入低熔点氧化物B₂O₃可以将烧结温度降至900℃，品质因数Q×f＝18700GHz，同时也可以使谐振频率温度系数接近零。

但是采用上述方案制备LTCC依然存在较多的不足，具体表现在：

（1）由于B₂O₃易溶于水、乙醇等溶剂，并且与最常用的PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，使得陶瓷粉体经流延后不能获得高密度的陶瓷膜片。

（2）上述技术方案中，降低烧结温度的机理是B₂O₃与Ba₅Nb₄O₁₅陶瓷中钡元素反应生成钡、硼、氧体系的低熔点氧化物，但所有钡、硼、氧体系的氧化物熔点均大于890℃，此技术不能进一步降低烧结温度。同时，谐振频率温度系数得以减小是由于体系钡元素缺失导致多于的铌元素与少量的钡元素生成BaNb₂O₆相，但是由于钡、硼、氧体系氧化物种类众多，BaNb₂O₆相的实际含量很难控制，实际生产中谐振频率温度系数很难控制。

因此，需要一种低温烧结微波介质陶瓷材料，该材料内的低熔点氧化物不溶于水、乙醇等溶剂，且不与PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，以获得高密度的陶瓷膜片；不存在与Ba₅Nb₄O₁₅陶瓷中钡元素反应的问题，使BaNb₂O₆相得含量得到精确控制，同时进一步降低烧结温度；且具有较低的成本，适合微波介质陶瓷器件的产业化生产。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法，该材料内的低熔点氧化物不溶于水、乙醇等溶剂，且不与PVA、PVB等粘结剂发生胶凝反应，以获得高密度的陶瓷膜片；不存在与Ba₅Nb₄O₁₅陶瓷中钡元素反应的问题，使BaNb₂O₆相得含量得到精确控制，同时进一步降低烧结温度；且具有较低的成本，适合微波介质陶瓷器件的产业化生产。

本发明的低温烧结微波介质陶瓷材料，包括：ywt%[(1-x)Ba₅Nb₄O₁₅-xBaNb₂O₆]+zwt%A，其中：A为CuO和HBO₃反应后的产物；x=0.1~0.3，0<z<20，y+z=100。