低溫共燒介質陶瓷的製備方法、燒結助劑及材料和應用的製作方法
2023-06-02 04:54:51
專利名稱：低溫共燒介質陶瓷的製備方法、燒結助劑及材料和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及介質陶瓷材料領域，特別涉及一種低溫共燒介質陶瓷材料及其燒結助劑和應用，以及採用上述低溫共燒介質陶瓷材料製備低溫共燒介質陶瓷的製備方法。
背景技術：
低溫共燒介質陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramics,簡稱 LTCC)技術作為一種整合組件技術，其具體的工藝流程就是將低溫燒結陶瓷粉製成生瓷帶，作為電路基板材料，在生瓷帶上利用打孔、微孔注漿、導體漿料印刷等工藝制出預先設計好的電路圖形，並將多個無源元件(如電容、電阻、電感等)埋入其中，然後疊壓在一起，在較低溫度(通常是小於900°C)下燒結，製成三維電路網絡的無源集成組件，也可製成內置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，製成無源/有源集成的功能模塊。LTCC技術為資訊時代各種電子系統的元器件以及模塊小型化、輕量化提供了比較好的解決途徑 ，並以其優異的電子、機械、熱力特性而成為未來電子元件集成化、模組化的首選方式，在軍事、航天、航空、電子、計算機、汽車電子、醫療電子等領域將獲得越來越廣泛的應用。LTCC是近年發展起來的一種無源元件集成技術，與其他集成技術相比，LTCC具有如下特點1、使用印刷布線及內埋元器件，易於提高組裝密度，減少產品體積和重量；2、採取非連續式生產工藝，便於對多層基板中的每一層進行印刷、填孔的質量檢查，有利於提高產品的質量及成品率，降低成本；3、具有良好的高頻、高速傳輸特性；4、與薄膜多層布線技術具有良好的兼容性，從而實現更高組裝密度和更好性能的混合多層基板和混合型多晶片組件。儘管LTCC有著諸多獨特的優點，但是因為LTCC材料通常含有玻璃相成分較多，使得燒結後的基板容易存在機械強度低且介電性能較低的問題。
發明內容
基於此，有必要提供一種能夠提高低溫共燒介質陶瓷的介電性能和機械性能的燒結助劑及含有該燒結助劑的低溫共燒介質陶瓷材料和應用，以及採用上述低溫共燒介質陶瓷材料製備低溫共燒介質陶瓷的方法。一種低溫共燒介質陶瓷材料用燒結助劑，按質量百分比，包括31 % 45 %的二氧化矽、I % 10 %的氧化硼、5. I % 10 %的氧化鋅、18% ^30%的氧化鋁、11 % 24 %的鹼土金屬氧化物及5% 15%的通式為R2O3的氧化物，其中，R為鑭、鋪、鐠、釹、釤、銪及鏑中的至少一種；所述鹼土金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇及氧化鍶中的至少一種。一種低溫共燒介質陶瓷材料，按質量百分比，包括40% 59%的氧化鋁、39% 57%的上述的燒結助劑及I. 5% 15%的改性劑；其中，所述改性劑為二氧化鈦、二氧化錳、四氧化三鈷、三氧化二釔、二氧化鋯及三氧化二鉍中的至少一種。在其中一個實施例中，包括40% 55%的氧化鋁、39% 56%的燒結助劑及2% 15%的改性劑。一種低溫共燒介質陶瓷的製備方法，包括如下步驟 按照質量百分比為40 59 %、39 57 %及I. 5 % 15 %稱取氧化鋁、上述燒結助劑和改性劑，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到所述低溫共燒介質陶瓷材料；所述改性劑為二氧化鈦、二氧化錳、四氧化三鈷、三氧化二釔、二氧化鋯及三氧化二鉍中的至少一種；及將所述低溫共燒介質陶瓷材料成型後，在溫度為800°C、00°C中保溫15分鐘 150分鐘進行燒結，得到低溫共燒介質陶瓷。在其中一個實施例中，製備所述燒結助劑包括如下步驟以氯化鋁、鹼土金屬的氯化物、R的氯化物為原材料，分別配製成水溶液，按所述燒結助劑中所述氧化鋁、鹼土金屬氧化物及通式為R2O3的氧化物的質量百分比進行混合，加入沉澱劑，採用化學共沉澱法生成前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽、氧化鋅、硼酸為原料，按照所述燒結助劑中所 述二氧化矽、氧化鋅、氧化硼的質量百分比將所述二氧化矽、氧化鋅、硼酸與所述前驅體沉澱物混合，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到所述燒結助劑。在其中一個實施例中，所述沉澱劑為碳酸氫銨、碳酸鉀、氫氧化鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉及碳酸氫鈉中的一種。上述低溫共燒介質陶瓷材料在濾波器、功率分配器、多層基板及封裝基板中的應用。上述配方的燒結助劑添加到氧化鋁(Al2O3)中可以有效地降低燒結溫度，使低溫共燒介質陶瓷材料能在800°C、00°C的溫度下進行燒結；且燒結助劑中各組分的質量百分比配比有利於低溫共燒介質陶瓷材料在燒結過程中形成均勻的玻璃-陶瓷結構，使得燒結後的低溫共燒介質陶瓷具有高緻密度，進一步保證了所製成的低溫共燒介質陶瓷具有優良的熱機械性能及介電性能。
圖I為一實施方式的低溫共燒介質陶瓷的製備方法的流程圖。
具體實施例方式下面主要結合附圖及具體實施例對低溫共燒介質陶瓷材料及其燒結助劑和應用、以及低溫共燒介質陶瓷的製備方法作進一步詳細的說明。一實施方式的低溫共燒介質陶瓷材料，按質量百分比，包括40% 59%的氧化鋁(Al203)>39% 57%的燒結助劑及I. 5% 15%的改性劑。優選地，按質量百分比，低溫共燒介質陶瓷材料包括40% 55%的氧化鋁、39% 56%的燒結助劑及2% 15%的改性劑。氧化鋁(Al2O3)具有良好高頻性能、較低的介電常數(小於10)、較低的介電損耗和近乎線性的介電-溫度特性，保證了低溫共燒介質陶瓷材料製作成低溫共燒介質陶瓷具有優良的電性能。但由於氧化鋁(Al2O3)的燒結溫度較高(一般大於1400°C)，不能與銀等低熔點金屬導體共燒，所以必須通過加入燒結助劑來降低燒結溫度，實現與低熔點金屬導體共燒的目的。其中，按質量百分比，燒結助劑包括31% 45%的二氧化矽(Si02)、l% 10%的氧化硼(Β203)、5· I % 10%的氧化鋅(ZnO)、18% 30%的氧化鋁(Al2O3)、11 % 24%的鹼土金屬氧化物及5% 15%的通式為R2O3的氧化物。其中，鹼土金屬氧化物為氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鋇(BaO)及氧化鍶(SrO)中的至少一種。R為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)^jc(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)及鏑(Dy)中的至少一種。上述配方的燒結助劑添加到氧化鋁(Al2O3)中可以有效地降低燒結溫度，使低溫共燒介質陶瓷材料能在800°C、00°C的溫度下進行燒結；且燒結助劑中各組分的質量百分比配比有利於低溫共燒介質陶瓷材料在燒結過程中形成均勻的玻璃-陶瓷結構，使得燒結後的低溫共燒介質陶瓷具有高緻密度，進一步保證了所製成的低溫共燒介質陶瓷具有優良的熱機械性能及介電性能。其中，改性劑為二氧化鈦(Ti02)、二氧化猛(Μη02)、四氧化三鈷(Co304)、三氧化二釔(Y203)、二氧化鋯(ZrO2)及三氧化二鉍(Bi2O3)中的至少一種。上述改性劑中的二氧化鈦、二氧化鋯是一類很好的玻璃成核劑，能促進玻璃微晶化，防止玻璃析晶，金紅石相的二氧化鈦具有較高的介電常數(約100)，負的溫度特性(_750ppm/°C)，二氧化鋯介電常數約18， 溫度特性+100ppm/°C ;二氧化錳、四氧化三鈷在燒結過程中能促進陶瓷材料中各組分之間的混溶，提高燒結緻密度；三氧化二釔、三氧化二鉍能與玻璃互溶，能改變燒結過程中液相出現的時間及玻璃的流變性。根據配方組成中燒結助劑的理化特性及介電性能，調整上述改性劑的加入種類及加入量，能夠調整本發明低溫共燒介質陶瓷材料的介電常數(ε 介電-溫度特性U J和降低介電損耗；上述改性劑還可以阻止低溫共燒介質陶瓷材料在燒結過程中玻璃的二次析晶，減少低溫共燒介質陶瓷的內部缺陷，這對提高低溫共燒介質陶瓷材料的耐壓強度及絕緣性能也起到很好的作用。上述低溫共燒介質陶瓷材料中的氧化鋁(Al2O3)保證了低溫共燒介質陶瓷材料製成的低溫共燒介質陶瓷具有優良的電性能，上述配方的燒結助劑添加到氧化鋁(Al2O3)中可以有效地降低燒結溫度，使低溫共燒介質陶瓷材料能在800°C、00°C的溫度下進行燒結，上述燒結助劑中各組分的質量百分比配比有利於低溫共燒介質陶瓷材料在燒結過程中形成均勻的玻璃-陶瓷結構，使得燒結後的低溫共燒介質陶瓷具有高緻密度，進一步保證了所製成的低溫共燒介質陶瓷具有優良的熱機械性能及介電性能；上述改性劑能夠調整低溫共燒介質陶瓷材料的介電常數(L)、介電-溫度特性(α ε)和降低介電損耗，阻止低溫共燒介質陶瓷材料在燒結過程中玻璃的二次析晶，減少陶瓷內部缺陷；而通過按照質量百分比為40% 59%的氧化鋁(Al203)、39% 57%的燒結助劑及I. 5% 15%的改性劑，使得上述低溫共燒介質陶瓷材料製備得到的低溫共燒介質陶瓷具有較好的介電性能和熱機械性倉泛。且上述低溫共燒介質陶瓷材料不含鉛(Pb)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鉻(Cr6+)等不利於環保的有害元素，較為環保。上述低溫共燒介質陶瓷材料可以應用於製作濾波器、功率分配器、多層基板及封裝基板中。如圖I所示，一實施方式的低溫共燒介質陶瓷的製備方法，包括如下步驟步驟SllO :按照質量百分比為40% ^59%,39% 57%及I. 5% 15%稱取氧化鋁(Α1203)、燒結助劑及改性劑，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。其中，改性劑為二氧化鈦(TiO2)、二氧化錳(MnO2)、四氧化三鈷(Co3O4)、三氧化二釔(Y2O3)、二氧化鋯(ZrO2)及三氧化二鉍(Bi2O3)中的至少一種。
其中，按質量百分比，燒結助劑包括31% 45%的二氧化矽(Si02)、l% 10%的氧化硼(Β203)、5· I % 10%的氧化鋅(ZnO)、18% 30%的氧化鋁(Al2O3)、11 % 24%的鹼土金屬氧化物及5% 15%的通式為R2O3的氧化物。其中，R為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、衫(Sm)、銪(Eu)及鏑(Dy)中的至少一種。 鹼土金屬氧化物為氧化鎂(MgO)、氧化I丐(CaO)、氧化鋇(BaO)及氧化鍶(SrO)中的至少一種。製備所述燒結助劑包括如下步驟以氯化鋁、鹼土金屬的氯化物、R的氯化物為原材料，分別配製成水溶液，按所述燒結助劑中所述氧化鋁、鹼土金屬氧化物及通式為R2O3的氧化物的質量百分比進行混合，加入碳酸鈉(NaCO3)作為沉澱劑，採用化學共沉澱法生成前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽、氧化鋅、硼酸為原料，按照所述燒結助劑中所述二氧化矽、氧化鋅、氧化硼的質量百分比將所述二氧化矽、氧化鋅、硼酸與所述前驅體沉澱物混合，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到所述燒結助劑。其中，製備燒結助劑包括如下步驟以氯化鋁(AlCl3)、鹼土金屬的氯化物、R的氯化物為原材料，分別配製成水溶液，按燒結助劑中氧化鋁(Al2O3)、鹼土金屬氧化物及通式為R2O3的氧化物的質量百分比進行混合，加入沉澱劑，採用化學共沉澱法生成前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原料，按照燒結助劑中二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比將二氧化矽(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)與前驅體沉澱物混合，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。其中，煅燒溫度為750°C。其中，沉澱劑為本領域常用的沉澱劑，沉澱劑可以為碳酸氫銨(NH4HC03)、碳酸鉀(K2CO3)、氫氧化鉀(Κ0Η)、碳酸氫鉀(KHCO3)、碳酸鈉(Na2CO3)、氫氧化鈉(NaOH)及碳酸氫鈉(NaHCO3)中的一種。步驟S120 :將低溫共燒介質陶瓷材料成型後，在溫度為800°C、00°C中保溫15分鐘 150分鐘進行燒結，得到低溫共燒介質陶瓷。其中，低溫共燒介質陶瓷材料成型方法可以為流延成型或幹壓成型。其中，幹壓成型法的步驟包括在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa 15MPa的壓力下幹壓成型，經350°C 450°C排膠後，進行燒結。其中，流延成型法的步驟包括在低溫共燒介質陶瓷材料中加入膠粘劑聚乙烯醇縮丁醛(PVB)及溶劑，混磨製成漿料，經流延成型製成生瓷帶，得到的生瓷帶經疊層、靜壓及切割後，經350°C 450°C排膠後，進行燒結。其中，溶劑為甲苯與無水乙醇的混合液。上述低溫共燒介質陶瓷的製備方法與現有技術相比，製備方法簡單、能耗低。上述低溫共燒介質陶瓷的製備方法燒結溫度低，在800°C、00°C的溫度範圍實現燒結，可使用電導率高的金屬材料(如銀、銅等)作為導體，燒結後的低溫共燒介質陶瓷缺陷少、緻密，能夠生產出電性能優良、可靠性高的低溫共燒介質陶瓷產品。且採用上述低溫共燒介質陶瓷的製備方法製備的低溫共燒介質陶瓷經燒結後具有機械強度高、熱導率高，不易翹曲的特點，將被動元件嵌入多層電路基板中，能更好地實現基板的高密度組裝。以下為具體實施例部分實施例I本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸氫銨(NH4HCO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為830°C中保溫120分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。
實施例2本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化釹(NdCl3)為原材料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸鉀(K2CO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為800°C中保溫150分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例3本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鐠(PrCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原材料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入氫氧化鉀(Κ0Η)，採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在15MPa的壓力下幹壓成型，經450°C排膠後，在溫度為900°C中保溫15分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例4本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。
本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化鈰(CeCl3)、氯化鐠(PrCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)為原材料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸氫鉀(KHCO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3),攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在IOMPa的壓力下幹壓成型，經400°C排膠後，在溫度為850°C中保溫120分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例5本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化銪(EuCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸鈉(Na2CO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為830°C中保溫120分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例6本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化鈰(CeCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入氫 氧化鈉(NaOH)，採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在12MPa的壓力下幹壓成型，經380°C排膠後，在溫度為880°C中保溫60分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例7本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入氫氧化鈉(NaOH)，採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為840°C中保溫50分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例8本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。
本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化鈰(CeCl3)、氯化鐠(PrCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸氫鈉(NaHCO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3),攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在SMPa的壓力下幹壓成型，經420°C排膠後，在溫度為860°C中保溫90分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫 共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例9本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鐠(PrCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化銪(EuCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸氫銨(NH4HCO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(SiO2)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(SiO2 )、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為830°C中保溫120分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例10本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鑭(LaCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化釤(SmCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸氫鈉(NaHCO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化娃(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在5MPa的壓力下幹壓成型，經350°C排膠後，在溫度為800°C中保溫150分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例11 本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鐠(PrCl3)、氯化釹(NdCl3)、氯化鏑(DyCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入碳酸鉀(K2CO3),採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在15MPa的壓力下幹壓成型，經450°C排膠後，在溫度為900°C中保溫15分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。實施例12本實施例的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I及表2。本實施例低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以氯化鋁(AlCl3)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鍶(SrCl2)、氯化鋇(BaCl2)、氯化鐠(PrCl3)為原料，將各原材料分別配製成水溶液，並按照燒結助劑中各組份的質量百分比進行混合，然後加入氫氧化鉀(Κ0Η)，採用化學共沉澱法生成各組份的前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3)為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、氧化硼(B2O3)的質量百分比加入二氧化矽(Si02)、氧化鋅(ZnO)、硼酸(H3BO3),攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到燒結助劑。(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在IOMPa的壓力下幹壓成型，經400°C排膠後，在溫度為850°C中保溫120分鐘進行燒結，得到本實施例的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在本實施例製備的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後，測試其介電性能、抗彎強度及熱導率見表3。對比例傳統的低溫共燒介質陶瓷材料的組成見表I、表2。傳統的低溫共燒介質陶瓷的製備如下(I)製備燒結助劑以二氧化矽、硼酸、氧化鋅、氧化鋁、碳酸鈣、碳酸鋇為原材料，按照燒結助劑中二氧化矽、氧化鵬、氧化鋅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鋇的配比稱量各物料，經混料、高溫熔融(1250°C 1400°C的溫度範圍)、淬火、超細粉碎後，得到燒結助劑。
(2)按照氧化鋁、燒結助劑及改性劑的質量百分比分別為稱取各組分，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到傳統的低溫共燒介質陶瓷材料。(3)在傳統的低溫共燒介質陶瓷材料中加入聚乙烯醇(PVA)進行造粒，在IOMPa的壓力下幹壓成型，經400°C排膠後，在溫度為850°C中保溫60分鐘進行燒結，得到傳統的低溫共燒介質陶瓷。電性能測試，在對比例製備的傳統的低溫共燒介質陶瓷進行塗銀、燒銀、清洗後測試其電性能、抗彎強度及熱導率見表3。表I表示的是實施例f實施例12的低溫共燒介質陶瓷材料的燒結助劑和對比例的傳統的低溫共燒介質陶瓷材料的燒結助劑的質量百分比的組成。表2表示的是實施例f實施例12的低溫共燒介質陶瓷材料的燒結助劑和對比例的傳統的低溫共燒介質陶瓷材料的燒結助劑的質量百分比的組成。表I
I燒結助劑的質量百分比丨％)
鹼土金屬的氯化物
S1O2 B2O3 ZnO AI2O3
MgO CaO SrO BaO La Ce Pr Nd Sm Eu Dy
實施 I 31 I 10 I 5.1 30 I I 3 I 4 I 3 I 5 I O I O I 5 I O I O I 2.j~
權利要求
1.一種低溫共燒介質陶瓷材料用燒結助劑，其特徵在於，按質量百分比，包括31 % 45%的二氧化矽、1% 10%的氧化硼、5. 1% 10%的氧化鋅、18% 30%的氧化鋁、11% 24%的鹼土金屬氧化物及5% 15%的通式為R2O3的氧化物，其中，R為鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪及鏑中的至少一種；所述鹼土金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇及氧化鍶中的至少一種。
2.一種低溫共燒介質陶瓷材料，其特徵在於，按質量百分比，包括40% 59%的氧化鋁、39% 57%的如權利要求I所述的燒結助劑及I. 5% 15%的改性劑； 其中，所述改性劑為二氧化鈦、二氧化錳、四氧化三鈷、三氧化二釔、二氧化鋯及三氧化二鉍中的至少一種。
3.根據權利要求2所述的低溫共燒介質陶瓷材料，其特徵在於，包括40% 55%的氧化鋁、39% 56%的燒結助劑及2% 15%的改性劑。
4.一種低溫共燒介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟 按照質量百分比為40% ^59%,39% 570A及I. 5% 15%稱取氧化鋁、如權利要求I所述的燒結助劑和改性劑，加入去離子水混合得到混合物料，經球磨、乾燥後，得到所述低溫共燒介質陶瓷材料；所述改性劑為二氧化鈦、二氧化錳、四氧化三鈷、三氧化二釔、二氧化鋯及三氧化二鉍中的至少一種；及 將所述低溫共燒介質陶瓷材料成型後，在溫度為800°C、00°C中保溫15分鐘 150分鐘進行燒結，得到低溫共燒介質陶瓷。
5.根據權利要求4所述的低溫共燒介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，製備所述燒結助劑包括如下步驟以氯化鋁、鹼土金屬的氯化物、R的氯化物為原材料，分別配製成水溶液，按所述燒結助劑中所述氧化鋁、鹼土金屬氧化物及通式為R2O3的氧化物的質量百分比進行混合，加入沉澱劑，採用化學共沉澱法生成前軀體沉澱物，經過濾、洗滌後，以二氧化矽、氧化鋅、硼酸為原料，按照所述燒結助劑中所述二氧化矽、氧化鋅、氧化硼的質量百分比將所述二氧化矽、氧化鋅、硼酸與所述前驅體沉澱物混合，攪拌均勻，經乾燥、煅燒後，得到所述燒結助劑。
6.根據權利要求5所述的低溫共燒介質陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述沉澱劑為碳酸氫銨、碳酸鉀、氫氧化鉀、碳酸氫鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉及碳酸氫鈉中的一種。
7.如權利要求2所述的低溫共燒介質陶瓷材料在濾波器、功率分配器、多層基板及封裝基板中的應用。
全文摘要
一種低溫共燒介質陶瓷材料用燒結助劑，按質量百分比，包括31％~45％的二氧化矽、1％~10％的氧化硼、5.1％~10％的氧化鋅、18％~30％的氧化鋁、11％~24％鹼土金屬氧化物及5％~15％的通式為R2O3的氧化物，其中，R為鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪及鏑中的至少一種；鹼土金屬氧化物為氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇及氧化鍶中的至少一種。上述燒結助劑添加到低溫共燒介質陶瓷材料中能夠使得所製成的低溫共燒介質陶瓷具有優良的熱機械性能及介電性能。此外，還要提供一種低溫共燒介質陶瓷材料及其應用、和低溫共燒介質陶瓷的製備方法。
文檔編號C04B35/622GK102863221SQ201210356299
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者張火光, 肖澤棉, 唐浩, 宋永生, 吳海斌, 莫方策, 葉向紅, 張彩雲 申請人:廣東風華高新科技股份有限公司