[发明专利]一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。该低温共烧陶瓷材料是由钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷组成，按质量分数计，钙硼硅铅玻璃为50wt％～70wt％，氧化铝陶瓷为30wt％～50wt％。制备方法包括钙硼硅铅玻璃粉体的制备，复合粉体的制备，以及复合粉体的成型和低温烧结。本发明的低温共烧陶瓷材料具有非常低的介电损耗，在20MHz下测得材料的介电损耗在3×10^‑5～8×10^‑4之间；同时具有非常宽的烧结工艺窗口，在700℃到900℃之间均可以烧结，且烧结致密化程度高，与银浆共烧匹配性好。

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备领域，涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，具体涉及一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics，LTCC)技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件(如电容、电感、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃以下烧结，制成三维空间多层互联的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化。LTCC已逐渐成为各类高性能封装材料的主流。

目前制约LTCC技术成功应用的主要问题在于研制满足不同应用需求的LTCC材料。目前已经商品化的LTCC材料主要有三大类——微晶玻璃体系和玻璃陶瓷体系和陶瓷体系，但现有材料体系存在的固有缺点制约了其在电子封装领域的应用。

微晶玻璃体系主要是使非晶状态的玻璃通过成核与结晶化过程，形成致密的晶体和残余玻璃的复合体，其晶体的含量、种类以及复合体的致密化程度影响了材料的介电性能、机械性能等性能。然而，该体系的结晶过程难以控制，随着热处理条件的变化，其性状变化很大。因此，该体系烧结工艺窗口较窄，生产出来的器件的稳定性较差，不利于低成本稳定的大批量生产。专利CN 107602088 A“一种与高温导电银浆高匹配的低温共烧陶瓷材料及其制备方法”中制备的微晶玻璃体系LTCC材料的烧结温度为830～860℃，其烧结工艺窗口过窄。

玻璃陶瓷体系中因为单独的陶瓷无法低温烧成，必须使用低软化点的玻璃作为粘结剂使陶瓷颗粒粘结在一起，陶瓷在烧结时与玻璃形成较好的浸润。普通的低软化点玻璃由于离子极化、分子极化和空间电荷极化引起较大的介电损耗，因此玻璃的引入将恶化材料的介电性能。玻璃陶瓷体系中LTCC材料玻璃相的含量一般不少于50％，所以介电损耗较大。陶瓷体系则是通过添加适量的烧结助剂实现低温烧结，烧结周期较长，其介电性能更适于用于中高介电常数的瓷料。

介电损耗是应用于交流电场中电介质的重要品质指标之一，是指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。介电损耗不但消耗了电能，还造成插入损耗变大，同时影响信号的传输特性，且使元件发热影响其正常工作。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介电损耗越小越好。