V基低溫燒結微波介質陶瓷材料及其製備方法
2023-05-19 03:02:56 3
專利名稱：V基低溫燒結微波介質陶瓷材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於電子陶瓷及其製造領域，涉及一種新型微波介質陶瓷材料，尤其是一種V基低溫燒結微波介質陶瓷材料及其製備方法。
背景技術：
隨著微電子信息技術的迅猛發展，移動通信和可攜式終端設備的小型化、可攜式、多功能、數位化及高可靠性、高性能方面的需求，進一步推動了電子元件日益向微型化、集成化和高頻化的方向發展，這就要求基板能滿足高傳播速度、高布線密度和大晶片封裝等要求。低溫共燒陶瓷LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)是一種用於實現高集成度、高性能電路封裝的技術。與其它集成技術相比，LTCC陶瓷材料具有優良的高頻、高Q特性和高速傳輸特性；使用高電導率的金屬(Ag、Cu等)作為導體材料，有利於提高電路系統的品質因數；製作層數很多的電路基板，減少連接晶片導體的長度與接點數，並可製作線寬小於50 μ m的細線結構電路，實現更多 布線層數；能集成的元件種類多，參量範圍大，易於實現多功能化和提高組裝密度；可適應大電流及耐高溫特性要求；具有良好的溫度特性；易於實現多層布線與封裝一體化結構，進一步減小體積和重量，提高可靠性、耐高溫高溼性，可以應用於惡劣環境；採用非連續式的生產工藝，便於基板燒成前對每一層布線和互連通孔進行質量檢查，有利於提高多層基板的成品率和質量，縮短生產周期，降低成本。因此LTCC陶瓷基板材料有著極廣的應用前景。現有的LTCC基板材料大部分都是以Al2O3為基礎，通過加入低熔點玻璃相以降低其燒結溫度，該類材料由於摻雜了大量的玻璃相，從而導致性能相對較低，因此，探索適用於LTCC技術、微波性能優異、能與銀電極共燒、化學組成和製備工藝簡單的新型微波介質陶瓷基板材料具有極其重要的意義。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有LTCC技術中的不足，提供一種V基低溫燒結微波介質陶瓷材料及其製備方法，該低溫燒結微波介質陶瓷材料從LTCC低溫共燒的角度出發，在LiMg4V3O12體系中通過摻雜少量低熔點的燒結助劑，其燒結溫度可成功將至900°C左右，同時保持優異的微波性能。本發明公開了一種V基低溫燒結微波介質陶瓷材料，由重量百分比為99 100%的LiMg4V3O12和(Tl%的低熔點物質組成其中低熔點物質為Bi203、B2O3和BaCu(B2O5)中的一種。製備上述低溫燒結V基LTCC微波介質陶瓷材料的步驟如下
(I)首先將 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4 8小時，取出後在120 140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至800°C 850°C並在此溫度下保溫2 6小時，製成燒塊，即合成主晶相。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4 8小時球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為(Tl%的Bi203、B203或BaCu (B2O5)，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在120 140°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於500 600°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900 950°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。所述Li2CO3、MgO 和 NH4VO3 為分析純。所述BaCu (B2O5)為自製低熔點物質，其製備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合後於800°C下保溫3小時即得。上述低溫燒結LTCC微波介質陶瓷材料燒成後的相組成為單相的LiMg4V3O12四方相結構。本發明為LiMg4V3O1Ji波介質陶瓷 ，其燒結溫度低，微波性能優異WX/值高，諧振頻率溫度係數、小；不和銀(Ag)反應，可以採用純銀作為內電極共燒，從而大大降低器件的製造成本。這種低溫燒結微波介質陶瓷材料化學組成和製備工藝均比較簡單，可廣泛用於LTCC微波基板的製造。
圖1為本發明實施例1所述配方與Ag電極的共燒兼容性情況圖。
具體實施例方式本發明以分析純的Li2C03、MgO和NH4VO3為主要原料。先按摩爾比Li2CO3:MgO:NH4VO3=O. 5:4:3,預先煅燒合成主粉體，而後在主粉體中加入一定比例的低熔點物質Bi203、B203或BaCu (B2O5)，混合後造粒，壓片，燒結後即可得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。BaCu (B2O5)的製備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合後於800°C下保溫3小時即得。下面結合實施例對本發明作進一步描述
實施例1:
(1)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4小時，磨細後在120°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，按照粉料與酒精的質量比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時後取出，放入烘爐內在120°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在950°C下燒結4小時即得到微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r=12. 1，Q*f=22930GHz, τ f =3. 4ppm/°C。該材料能與Ag電極實現共燒匹配，表明該類材料可以作為LTCC的備選材料，圖1為900°C預燒後得粉體能很好地與銀電極兼容(見圖1)。實施例2:
(I)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合6小時，磨細後在140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為O. 5%的Bi2O3，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在130°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=12. 5，^X/=18500GHz, τ f =-4. 5ppm/°C。實施例3
(I)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合8小時，磨細後在140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行8小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為1%的Bi2O3，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在140°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=13. 2，^X/=16500GHz, τ f =-6ppm/°C。實施例4
(1)首先將化學原料Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體；
(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4小時，磨細後在140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為O. 5%的B2O3，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在130°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 8，^X/=17500GHz, τ f =-3. 5ppm/°C。實施例5
(I)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4小時，磨細後在120°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行8小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為1%的B2O3，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在130°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 2，^X/=15700GHz, τ f =-6. 5ppm/°C。實施例6
(I)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合6小時，磨細後在140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為O. 5%的BaCu(B2O5)，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在130°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 5，^X/=20100GHz, τ f =-2. 5ppm/°C。實施例7
(I)首先將化學原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體。(2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4小時，磨細後在140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C並在此溫度下保溫4小時，製成燒塊。(3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4小時的球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為1%的BaCu (B2O5),配成粉料， 按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在130°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於550°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料。該材料的微波性能為ε r=ll. 3，^X/=18100GHz, τ , =-3. 5ppm/°C。需要指出的事，按照本發明的技術方案，上述實施例還可以舉出許多，根據申請人大量的實驗結 果證明，在本發明的權利要求書所提出的範圍，均可以達到本發明的目的。
權利要求
1.一種V基低溫燒結微波介質陶瓷材料，其特徵在於所述的低溫燒結微波介質材料，由重量百分比為99 100%的LiMg4V3O12和(Tl%的低熔點物質組成，其中低熔點物質為Bi203、B2O3 和 BaCu (B2O5)中的一種； 所述的低溫燒結微波介質陶瓷材料的製備方法具體步驟為(1)首先將Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配製成主粉體； (2)將步驟(I)配製好的主粉體混合均勻，按照主粉體與酒精的重量比為1:1向主粉體中加入酒精，採用溼磨法混合4 8小時，取出後在120 140°C下烘乾，烘乾後壓製成塊狀，然後以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀主粉體由室溫升至800°C 850°C並在此溫度下保溫2 6小時，製成燒塊，即合成主晶相； (3)將步驟(2)製成的燒塊粉碎，進行4 8小時球磨，放入烘爐內烘乾後加入重量百分比為(Tl%的Bi203、B203或BaCu (B2O5)，配成粉料，按照粉料與酒精的體積比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨6小時後取出，放入烘爐內在120 140°C下烘乾，造粒後壓製成小圓片，於500 600°C排膠，隨爐冷卻後得到瓷料，再將瓷料在900 950°C下燒結4小時即得到低溫燒結微波介質陶瓷材料； 所述Li2CO3、MgO和NH4VO3為分析純； 所述BaCu (B2O5)的製備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合後於800°C下保溫3小時即得。
全文摘要
本發明公開了一種V基低溫燒結微波介質陶瓷材料及其製備方法。該材料由重量百分比為99~100%的LiMg4V3O12和0~1%的低熔點物質組成，其中低熔點物質為Bi2O3，B2O3和BaCu(B2O5)中的一種，通過固相反應，即可得到本發明材料。本發明製備的微波介質陶瓷，其燒結溫度低、微波性能優異Q×f值高，諧振頻率溫度係數τf小；不和銀(Ag)反應，可以採用純銀作為內電極共燒，從而大大降低器件的製造成本，可用於低溫共燒LTCC微波基板的製造。
文檔編號C04B35/622GK103030394SQ20131002938
公開日2013年4月10日 申請日期2013年1月27日 優先權日2013年1月27日
發明者陳秀麗, 賀芬, 周煥福, 陳杰, 苗雁冰, 王瑋, 方亮 申請人:桂林理工大學