一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，由重量百分比为30％

【技术实现步骤摘要】
一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于微波介质陶瓷材料领域，具体涉及一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]低温共烧陶瓷技术(Low
‑
temperature co
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firing ceramics，LTCC)是电子封装技术的一种，它通过将多个印有金属图案的陶瓷膜片堆叠共烧，完成电极的空间布线，实现特定的元器件功能，由于采用高导电率低熔点的银或铜做布线，需要对应能在900℃或1000℃以下低温烧结的陶瓷材料与之匹配。LTCC技术因其小型化、集成度高、高性能和高可靠性等特点而广泛应用于各类电子元器件、陶瓷管壳、射频基板和模组等产品中。
[0003]在微波技术中，信号的传输速率与材料的介电常数成反比，为了降低信号在传输过程中的延迟，通常希望材料的介电常数越低越好。目前常用的材料介电常数在6
‑
8左右，如Ferro A6
‑
M(介电常数5.9
±
0.2)，DuPont 951(介电常数7.8)等。但是随着移动通信、无线通信、卫星通讯和导航、电子对抗和雷达等领域技术的迅速发展，微波技术朝着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展，这就要求低温共烧陶瓷具备更低介电常数。
[0004]目前介电常数最低的常用陶瓷材料为SiO2。通常结晶SiO2的介电常数在4.0～4.6，介电损耗0.15％，频率温度系数τf在
‑
15ppm/℃左右，烧结温度高达1650℃。而无定型SiO2(熔融石英)的介电常数在3.5
‑
3.8，介电损耗0.008％，文献报道其τf在
‑
10ppm/℃左右，烧结温度一般为1350℃。
[0005]结晶SiO2和无定型SiO2都是实现低介材料的理想原料，而无定型SiO2在介电损耗方面更具优势，是低介低温共烧陶瓷材料开发的优选基料。通常可通过引入低熔点玻璃等烧结助剂来制备SiO2系的低温共烧陶瓷材料。专利CN 103011788A利用硼硅酸盐玻璃的低软化点和高纯超细球形石英的低介电常数(5.1)和低膨胀系数(4.6ppm/K)，开发了一种低介低膨胀低温共烧陶瓷材料。专利CN 110903078A利用SiO2为主晶相的SiO2‑
Li2TiO3复合陶瓷与LBSCA玻璃制得的低温共烧陶瓷，介电常数4.5
‑
5.1。但是以上专利都未披露SiO2晶相种类信息，而在SiO2材料体系中，通常情况下助剂和低熔点玻璃的引入极易起到矿化剂作用，在烧结和降温冷却过程中会促进SiO2的多晶转变，在发生多晶转变的过程中，由于其内部结构发生了变化，伴随着体积的变化(如方石英α
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β相转变过程中体积变化高达3.2％)产生较大的应力，往往会在烧结后或者实际应用中出现微裂纹或者开裂现象，在微波元器件制造中可导致产品失效报废或者可靠性失效引起严重的质量问题，这将大大限制SiO2系低温共烧陶瓷材料的应用。
[0006]因此如何控制无定型SiO2的多晶转变是制备SiO2系低温共烧陶瓷的关键，华中科技大学硕士论文“添加剂对熔融石英陶瓷析晶和致密化的影响”系统阐述了B4C、B2O3、TiB2等对熔融石英陶瓷析晶性能和烧结性能的影响，发现B4C、B2O3、TiB2可以避免熔融石英的析晶，但是烧结温度高达1350℃以上，无法实现陶瓷材料与Ag等金属的低温共烧。
[0007]综上所述，制备SiO2系低温共烧陶瓷的技术路线上比较容易实现，但是如何利用
无定型SiO2优异的介电性能并控制其在烧结过程中的多晶转变，避免材料的体积变化造成陶瓷材料开裂是一个亟待解决的难题。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术的第一目的是提供一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，该材料性能较好，且改善了现有陶瓷材料的微裂纹和开裂问题，本专利技术的第二目的是提供一种高频低介低温共烧陶瓷材料的制备方法。
[0009]为了实现上述第一个专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，由以下重量百分比的组分构成：30％
‑
50％的硼硅酸盐玻璃、30％
‑
55％的SiO2、1％
‑
15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂选自ZBS玻璃粉、ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种。
[0011]作为优选方案，由以下重量百分比的组分构成：30％
‑
50％的硼硅酸盐玻璃、30％
‑
55％的SiO2、3％
‑
15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及ZBS玻璃粉，且ZBS玻璃粉的重量百分比不低于3％。
[0012]作为优选方案，由以下重量百分比的组分构成：30％
‑
50％的硼硅酸盐玻璃、30％
‑
55％的SiO2、0.5％
‑
15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZBS玻璃粉、ZrO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及TiO2，且TiO2的重量百分比为0.5％
‑
4％。
[0013]作为优选方案，所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量百分比的组分构成：60％
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80％的SiO2，10％
‑
30％的B2O3，1％
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5％的Al2O3和1
‑
12％的碱金属氧化物R2O，上述组分的总和为100％；其中R为K、Na、Li中的至少一种。
[0014]作为优选方案，所述的ZBS玻璃包含以下重量百分比的组分：7
‑
30％的SiO2，20
‑
60％的B2O3，40
‑
70％的ZnO，上述组分的总和为100％。
[0015]作为优选方案，所述的SiO2为无定型SiO2。
[0016]为了实现上述第二个专利技术的目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0017]如上所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018]1)硼硅酸盐玻璃、ZBS玻璃制备
[0019]按质量百分比：60％
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80％的SiO2，10％
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30％的B2O3，1％
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5％的Al2O3，1
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12％的碱金属氧化物R2O，称取SiO2、H3BO3、Al2O3、Li2CO3或者Na2CO3或者K2CO3，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨4
‑
8h，然后烘干，将上述原料粉装入铂金坩埚内，加热到1400
‑
1550℃熔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％
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50％的硼硅酸盐玻璃、30％
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55％的SiO2、1％
‑
15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂选自ZBS玻璃粉、ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种。2.根据权利要求1所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％
‑
50％的硼硅酸盐玻璃、30％
‑
55％的SiO2、3％
‑
15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及ZBS玻璃粉，且ZBS玻璃粉的重量百分比不低于3％。3.根据权利要求1所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％
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50％的硼硅酸盐玻璃、30％
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55％的SiO2、0.5％
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15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZBS玻璃粉、ZrO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及TiO2，且TiO2的重量百分比为0.5％
‑
4％。4.根据权利要求1～3任一所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量百分比的组分构成：60％
‑
80％的SiO2，10％
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30％的B2O3，1％
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5％的Al2O3和1
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12％的碱金属氧化物R2O，上述组分的总和为100％；其中R为K、Na、Li中的至少一种。5.根据权利要求1～3任一所述的SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述的ZBS玻璃包含以下重量百分比的组分：7
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30％的SiO2，20
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60％的B2O3，40
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70％的ZnO，上述组分的总和为100％。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁烨，童建喜，石珊，张彩霞，李进，徐红梅，
申请(专利权)人：嘉兴佳利电子有限公司，
类型：发明
国别省市：