[发明专利]一种低介电低高频损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种低介电低高频损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法，组成成分包括硅硼玻璃、钙硼硅玻璃；按质量百分比，硅硼玻璃的比例为5%～20%，钙硼硅玻璃的比例为80%～95%；硅硼玻璃的组成为：B₂O₃为20%～50%，SiO₂为50%～80%，碱金属氧化物占硅硼玻璃的1%～5%，钙硼硅玻璃组成为：CaO为30%～50%，B₂O₃为15%～40%，SiO₂为20%～50%。经原料混合、玻璃粉熔炼、玻璃冷淬、破碎和研磨形成玻璃粉、玻璃粉混合、玻璃粉钝化处理、流延浆料配置、流延成型、烧结等步骤，得到所需陶瓷基片。解决了现有微晶玻璃体系LTCC陶瓷材料介电常高频不稳定、高频损耗高问题。广泛应用于微波电子通讯领域。

技术领域

本发明属于电子元器件领域，具体来说，属于微波电子元器件领域，更进一步来说，属于微波电子元器件陶瓷材料领域。

背景技术

目前低介电常数低高频损耗的LTCC材料分为：玻璃-陶瓷体系、微晶玻璃体系和微晶玻璃加氧化铝体系。对于微晶玻璃体系，传统的玻璃熔炼是使用水进行玻璃冷却，再使用水或酒精等有机溶剂对玻璃经行研磨。在研磨过程中，将大颗粒的玻璃破碎成小颗粒的玻璃，玻璃破碎形成许多新的界面提高了玻璃粉的不稳定性，玻璃粉界面处的钙、硼等元素析出或和溶剂发生反应，导致微晶玻璃在烧结过程中存在残炭的排放和碳酸钙的分解，使微晶玻璃烧结后的陶瓷基片存在大量的无定型析晶，降低了基片的结构强度和增加了高频损耗。为了提升LTCC陶瓷基片的结构强度和降低LTCC陶瓷材料的高频损耗，目前使用的方法是采用在钙硼硅微晶玻璃中添加镁橄榄石、氧化铜、氧化锆、氧化钛、氧化铝调整微晶玻璃的析晶过程，得到高频下介电常数稳定和介电损耗低的LTCC陶瓷材料，以满足LTCC烧结工艺在850℃左右的要求。

FERRO公司专利US5164342中介绍了不同钙硼硅玻璃熔炼后的状态和组成玻璃陶瓷体系后的烧结性能和电性能，中国专利CN110372217A和CN110372221A中分别介绍了一种由钙硼硅玻璃和钙硼硅陶瓷组成的LTCC低温共烧材料以及粉体研磨和生瓷带制备的方法。FERRO公司专利US5164342中没有介绍玻璃粉体的研磨方法，CN110372217A中使用湿式研磨方式，研磨过程中会导致玻璃种硼元素和钙元素的析出，影响材料的烧结收缩一致性和微晶玻璃的析晶过程。US5164342和CN110372217A中均引入了陶瓷相或形核剂会影响钙硼硅微晶玻璃的析晶过程，导致电性能发生改变，尤其是高频条件下损耗增加。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是：解决现有微晶玻璃体系的LTCC陶瓷材料介电常数不稳定、高频损耗高的问题。

本发明采取的技术构思是：使用钙硼硅微晶玻璃体系，通过微晶玻璃在烧结过程中析晶成为紧密的玻璃陶瓷结构，由于析晶相主要为硅酸钙和硼酸钙，是由玻璃相中形核长大而成，结晶相和玻璃相没有明显的玻璃陶瓷界面，可以在高频下得到较低的介电损耗。不在钙硼硅微晶玻璃中添加促进析晶或改变析晶过程的元素，由硅硼玻璃和钙硼硅玻璃两种组分组成，硅硼玻璃负责前期700℃前的烧结收缩，钙硼硅玻璃负责700℃至850℃的烧结收缩和析晶体系出。在制作工艺方面，采用气流研磨分级技术和玻璃粉表面钝化处理技术，以降低玻璃粉研磨过程中水分或有机溶剂作为杂质的引入，以及玻璃粉表面状态改变后降低对后续加工的影响。

为此，本发明提供一种低介电低高频损耗LTCC玻璃陶瓷材料，所述LTCC玻璃陶瓷材料体系的组成包括硅硼玻璃、钙硼硅玻璃，其中硅硼玻璃的比例为5%～20%，钙硼硅玻璃的比例为80%～95%。硅硼玻璃的组成为：B₂O₃为20%～50%，SiO₂为50%～85%,碱金属氧化物为1%～5%，钙硼硅玻璃组成为：CaO为30%～50%，B₂O₃为15%～40%，SiO₂为20%～50%。