專利名稱：一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子基板材料領(lǐng)域，具體涉及一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，電子線路的微型化、輕量化、集成化和高頻化對電子元件提出了小尺寸、高頻率、高可靠性和高集成度的要求。而基于有源器件集成的微電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得較為完善，并一度成為電子器件小型化的主要技術(shù)。然而現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展要求電子設(shè)備體積減小，重量減輕，單一的有源器件集成已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)應(yīng)用，因而無源器件的小型化成為必然。當(dāng)前電子產(chǎn)品中小型無源器件主要為片式元器件，如片式多層陶瓷電容器 MLCC(Multilayer Ceramic Capacitor)、片式電感 MLCI (Multilayer Chip Inductor)和片式電阻MLCR(Multilayer Chip Resistor)。但是這些片式元器件的發(fā)展存在一些限制，而新型的低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)技術(shù)是一種三維立體組裝的無源器件集成及無源有源器件混合集成技術(shù)，它的出現(xiàn)無疑給以上片式器件發(fā)展的瓶頸帶來了突破并是實現(xiàn)這一目標(biāo)的有力手段(楊邦朝，付賢民，胡永達，低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)新進展。電子元件與材料。2008，27(6))。低溫共燒陶瓷技術(shù)是采用多層結(jié)構(gòu)，通常以銀或銅等電阻率很小的金屬作為互連導(dǎo)體，多層介質(zhì)結(jié)構(gòu)和良好的金屬導(dǎo)體可以有效地解決信號之間的串?dāng)_，可將不同無源器件集成起來，實現(xiàn)電子元件小型化及多功能化。微波元器件的片式化，需要微波介質(zhì)材料能與高電導(dǎo)率的金屬電極如Pt、Pd、Au、Cu、Ag等共燒。從經(jīng)濟性、環(huán)境角度和進一步減小器件尺寸以及材料系列化的角度出發(fā)，研究和開發(fā)能與Ag或Cu電極低溫共燒的中介電常數(shù)的微波介質(zhì)材料對促進現(xiàn)代通訊事業(yè)具有重要意義(楊娟.LTCC基板用MgO-Al2O3-SW2系微晶玻璃及其流延工藝研究[博士學(xué)位論文].國防科技大學(xué)，2006.)。LTCC 一般采用低ε ,、低燒結(jié)溫度(850 950°C )的陶瓷材料制作基板，用流延法得到致密的生瓷帶，按設(shè)計要求采用厚膜印刷法等在生瓷帶上制作導(dǎo)線，集成各種無源元件(如電阻、電容和電感等)得到各種器件(如濾波器、天線等)，進一步集成可得到各種功能模塊(如藍牙、手機前端模塊等)，各層間的導(dǎo)線經(jīng)生瓷帶上的通孔(內(nèi)填滿導(dǎo)體)相連，多層陶瓷生片對準疊層，熱壓后共燒形成獨石狀的LTCC多層結(jié)構(gòu)。LTCC基板材料層中也可以夾入中、高％的介質(zhì)材料層作為埋入式濾波器或電容器等，多層結(jié)構(gòu)還易于形成空腔來埋置各種元器件，降低了封裝組件的成本。(楊娟.低溫?zé)Y(jié)Li2TiO3基微波介質(zhì)陶瓷及其流延成型技術(shù)研究[博士學(xué)位論文].華中科技大學(xué)，2010.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低溫共燒陶瓷基板材料，該材料具有燒結(jié)溫度低、微波介電性能好的特點；本發(fā)明還提供了該低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，該方法工藝簡單，成本低。
本發(fā)明提供的一種低溫共燒陶瓷基板材料，其特征在于該陶瓷基板材料為硼酸鋅陶瓷，其主晶相為3Zn0 ·化03，其原料配方組成為ZnO和H3BO3，其中H3BO3的摩爾百分比為60 41. 176%，或者其原料配方化學(xué)組成為ZnO和B2O3，其中化03的摩爾百分比為 42. 857 25.擬6%，余量為 ZnO。上述低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，其特征在于該制備方法包括下述步驟第1步將加0和H3BO3或化03混合均勻，得到混合料；第2步將混合料從室溫以3 5°C /分鐘升溫至650 750°C，保溫1 3小時；第3步將預(yù)燒后的混合料，加入去離子水，球磨，然后烘干；第4步將烘干的混合料按照第2步的相同的參數(shù)再次升溫、保溫；第5步將再次預(yù)燒后的混合料，加入去離子水，球磨，烘干；第6步采用質(zhì)量分數(shù)為6 8%的聚乙烯醇溶液作為粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量為待造?；旌狭腺|(zhì)量的8 10%，造粒；第7步壓片后930 1000°C下燒結(jié)15 120分鐘。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷基板具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明的基板材料具有優(yōu)良的介電性能，介電常數(shù)低(ε r = 6. 5 6. 9)， 微波頻率下的介電品質(zhì)因子高⑴X f = 26400 44600GHz)，和諧振頻率溫度系數(shù)為-66 -94ppm/K?？梢詽M足高頻高速電路對基板材料的介電性能要求。(2)本發(fā)明采用的原料均為價格低廉的氧化物，工藝簡單，大大降低了產(chǎn)品的成本。(3)發(fā)揮了 LTCC工藝技術(shù)的優(yōu)點，可以與高電導(dǎo)率的金屬Ag實現(xiàn)共燒，大大降低了電路系統(tǒng)運行時的損耗。
具體實施例方式下面舉例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。本發(fā)明所提供的3Zn0 · B2O3低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法具體包括以下步驟實例1 3Zn0-B203 粉體的制備1、將&ι0、H3BO3或化03按表1中的配方配料，總質(zhì)量為200克，在瑪瑙研缽中研磨約1小時至混合均勻，盛于500ml剛玉坩堝中。2、將裝有氧化物原料的剛玉坩堝放入罩式爐中，從室溫以3°C /分鐘升溫至 750°C，保溫1小時。3、將預(yù)燒后的粉料加入去離子水，置于行星球磨機中球磨3小時，出料后經(jīng)過 110°C烘干。4、將步驟(3)中烘干的粉料過40目篩后盛于500ml剛玉坩堝中，從室溫以3°C / 分鐘升溫至750°C，保溫1小時。5、將步驟中的得到的粉料與去離子水混合放入行星式球磨機中球磨3小時， 經(jīng)過110°C烘干。
6、按照傳統(tǒng)電子陶瓷的制備工藝，采用質(zhì)量分數(shù)為6%的聚乙烯醇(PVA)水溶液作為粘結(jié)劑進行造粒，過40目篩。7、在IOOMPa壓力，干壓法制成直徑25mm，高度14 19mm的圓柱體。8、采用常規(guī)燒結(jié)法，在空氣氣氛下，從室溫以;TC/分鐘升至550°C，保溫30分鐘， 將材料中的PVA全部排出。然后以5°C /分鐘升至930 1000°C，保溫2小時，然后隨爐溫冷卻至室溫，得到3Zn0 · B2O3陶瓷樣品。實例2 12的各原料和配方如表1所示，其制備方法與實例1相同。本發(fā)明中3Zn0 · B2O3低溫陶瓷基板材料的配方如表1所示。表1基板原料配方
權(quán)利要求
1.一種低溫共燒陶瓷基板材料，其特征在于該陶瓷基板材料為硼酸鋅陶瓷，其主晶相為3Ζη0 ·Β203,其原料配方組成為ZnO和H3BO3，其中H3BO3的摩爾百分比為60 41. 176 %， 或者其原料配方化學(xué)組成為ZnO和化03，其中化03的摩爾百分比為42. 857 25.擬6%。
2.—種權(quán)利要求1所述低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟第1步將ZnO和H3BO3或化03混合均勻，得到混合料；第2步將混合料從室溫以3 5°C /分鐘升溫至650 750°C，保溫1 3小時； 第3步將預(yù)燒后的混合料，加入去離子水，球磨，然后烘干； 第4步將烘干的混合料按照第2步的相同的參數(shù)再次升溫、保溫； 第5步將再次預(yù)燒后的混合料，加入去離子水，球磨，烘干；第6步采用質(zhì)量分數(shù)為6 8%的聚乙烯醇溶液作為粘結(jié)劑，粘結(jié)劑的加入量為待造?；旌狭腺|(zhì)量的8 10%，造粒；第7步壓片后930 1000°C下燒結(jié)15 120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法。該陶瓷基板材料為硼酸鋅陶瓷，其主晶相為3ZnO·B2O3。該陶瓷原料配方組成為ZnO和H3BO3，其中H3BO3的摩爾百分比為60～41.176％，或者其原料配方化學(xué)組成ZnO和B2O3，其中B2O3的摩爾百分比為42.857～25.926％。該陶瓷基板材料的制備方法為先預(yù)燒合成3ZnO·B2O3粉體，再加入去離子水，球磨，烘干；然后造粒、壓片燒結(jié)。本發(fā)明材料燒結(jié)溫度低(950～1000℃)，微波介電性能優(yōu)良介電常數(shù)εr＝6.5～6.9，Q×f＝26400～44600GHz，和諧振頻率溫度系數(shù)＝-66～-94ppm/K，可以滿足高頻高速電路對基板材料的介電性能要求。
文檔編號C04B35/622GK102432280SQ20111026625
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者傅邱云, 劉歡, 周東祥, 胡云香, 趙俊, 鄭志平, 韋東梅, 龔樹萍 申請人:華中科技大學(xué)