[发明专利]一种ZnAl2

说明书

一种ZnAl₂O₄陶瓷体系材料及其制备方法，属于陶瓷材料及制备技术领域。本发明材料包括质量分数60％～70％的玻璃和质量分数为30％～40％的氧化铝；所述玻璃为钾铝硼硅系玻璃和锌硼硅系玻璃的混合物，其中钾铝硼硅系玻璃的质量分数为30％～56％，锌硼硅系玻璃的质量分数为12％～35％；玻璃和氧化铝经混合、干燥、成型后低温烧结(810℃～850℃)制得。本发明制得ZnAl₂O₄陶瓷体系材料的介电常数为4.65～4.98，Q×f值为4746～7360GHz，热膨胀系数为4.7～5.6ppm/℃，抗弯强度为150～202Mpa。本发明相比现有ZnAl₂O₄基陶瓷材料明显降低了烧结温度，能够兼容LTCC技术用于电路集成，并且介电性能和机械性能优异，同时制备方法简单、原料成本低，与传统玻璃陶瓷的制备工艺基本相同，具有良好的工艺稳定性。

技术领域

本发明属于陶瓷材料及制备技术领域，具体涉及一种ZnAl₂O₄陶瓷体系材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是近几十年发展起来的新型信息功能陶瓷材料之一，是当今信息功能材料的研究重点。随着无线通讯系统和微波器件的电子消费品市场的快速增长，要求电子元器件朝着高频化、高集成化、微型化、轻便化、多功能化、低成本化的方向发展。这同时也就要求微波介质陶瓷材料制作的微波电子元器件具有更佳的介电性能。

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired ceramics,LTCC)技术能够有效地在三维空间上设计多层结构电路，面对当前的众多需求是一种不错的解决方案。LTCC技术组合许多陶瓷和导体薄层形成多层模块，同时整合被动元器件诸如带状传输线、天线、滤波器、谐振器、电容、电感、分频器等共同设计整个模块实现更多功能，可用于制造片式多层元件和多层模块，得到符合实际应用要求的微波电子元件，满足了电路中各类微波器件的微型化、集成化、模块化的要求。其中，在设计三维布线时大量使用低介电常数材料(ε为4～9)，由此可知，低介电常数的陶瓷材料是当今和未来LTCC技术的不断追求。另一方面，随着通信设备的工作频率进一步向高频范围拓展，材料极化损耗问题和信号延迟现象愈发明显，系统损耗和发热量也会随之增大，而材料介电常数减小时，材料的信号传输速率和品质因数均能得到显著提高，此时，随着运行频率的不断提高，特别是进入毫米波段后，通讯器件尺寸大小约为毫米量级，相比系统稳定性恶化，器件的小型化已变得相对不重要。所以，为了克服频率拓宽带来的众多问题，在保证高品质因数的同时必须降低微波器件的介电常数。同时，LTCC技术要求与银或铜等高导电率低成本的金属进行多层布线共烧，这些金属材料在高频应用时具有较低的导体损耗和低电阻，但由于金属Ag和Cu电极的熔点较低，这就要求LTCC微波介质陶瓷材料的烧结温度能够低于电极的熔点温度。为此，研究开发具有介电常数和高品质因数且能够低温烧结的微波介质陶瓷材料，以实现现代通信技术的进一步发展是未来通信事业发展的必要趋势和要求，也是提供通信品质和服务的重要保证。

当前商业化的LTCC材料普遍具有高于5的相对介电常数，如Dupont951(ε＝7.85,tanδ＝0.0063)、Dupont943(ε＝7.5,tanδ＝0.002)、Heraeus CT800(ε＝7.68,tanδ＝0.0039)等。有部分商业LTCC材料的介电常数低于5，比如Kyocera GL530(ε＝4.9,Q×f＝3330GHz)、NEC glass MLS 25M(ε＝4.7,Q×f＝720GHz)。然而，关于介电常数低于5且Q×f高于5000的LTCC材料的研究比较匮乏。