專利名稱：介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種介電玻璃陶瓷組合物，特別是涉及一種適用于低溫共燒制成的介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著可攜式信息電子產(chǎn)品與行動(dòng)通訊產(chǎn)品朝著輕薄短小、多功能、高可靠度與低價(jià)化的發(fā)展，高組件密度成為電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，因此線路中所使用的主動(dòng)組件及被動(dòng)組件也多朝向整體化、芯片化及模塊化的方向發(fā)展。
低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics，LTCC)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使電子產(chǎn)品的體積利用率提高得以實(shí)現(xiàn)，其主要是將電子組件包括被動(dòng)組件及主動(dòng)組件及線路整合在多層結(jié)構(gòu)中來(lái)縮小體積。如圖1所示，顯示一種已知應(yīng)用于高頻無(wú)線通訊組件的基板1的剖面示意圖，其為使用玻璃與陶瓷為基材的多層結(jié)構(gòu)，每一層11印上導(dǎo)電金屬層111，電子組件112例如電阻、電容或電感等則內(nèi)埋于基板1中，導(dǎo)電金屬層111通過(guò)通孔113(via)而可連接每一層11的電子組件112，其中導(dǎo)電金屬層111或電子組件112可利用如厚膜印刷技術(shù)而形成于某一層11的表面，再經(jīng)過(guò)多層迭壓后在低于1000℃的溫度下燒結(jié)而成。
然而，一般在基材的選擇上，需考慮介電常數(shù)(ε)、介電損失(tanδ)等參數(shù)，其中介電常數(shù)影響制作出來(lái)的組件體積大小，介電常數(shù)越高，組件體積可以越小。而介電損失越低代表訊號(hào)能量損失越小，即越高的質(zhì)量因子(Q)。另外，一般導(dǎo)電金屬層的材料多選用低阻抗及低介電損失的例如銀(Ag)等金屬與基材共燒，但由于銀金屬的熔點(diǎn)為962℃，因此基材的選擇還需考慮是否能在導(dǎo)電金屬的熔點(diǎn)溫度下達(dá)成共燒。
有鑒于此，如何提供一種低溫可燒結(jié)且符合體積微小化、高質(zhì)量及高穩(wěn)定度的介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法，實(shí)為重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種低溫可燒結(jié)且符合體積微小化、高質(zhì)量及高穩(wěn)定度的介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法。
因而，為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種介電玻璃陶瓷組合物包括陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料。陶瓷材料例如是鈦酸鍶陶瓷或商用介電陶瓷粉末。
為達(dá)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種介電玻璃陶瓷基板的制造方法包括下列步驟混合陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料于有機(jī)載體中；成型生胚(pre-mold)；以及低溫?zé)Y(jié)該生胚以形成由介電玻璃陶瓷組合物構(gòu)成的介電玻璃陶瓷基板。
如上所述，因根據(jù)本發(fā)明的一種介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法是將鋇硼硅玻璃和陶瓷材料與有機(jī)載體混合，其中鋇硼硅玻璃主要由鋇、氧化硼與氧化硅組成而成，可有效降低燒結(jié)的溫度，而可與熔點(diǎn)較低的導(dǎo)電材料應(yīng)用低溫共燒陶瓷技術(shù)燒結(jié)形成介電玻璃陶瓷基板。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明經(jīng)過(guò)適當(dāng)比例的陶瓷材料與鋇硼硅玻璃混合，能夠得到優(yōu)選的介電常數(shù)及質(zhì)量因子，從而達(dá)到在組件體積微小化之下，具有高質(zhì)量與高穩(wěn)定度的特點(diǎn)。


圖1為一種已知應(yīng)用于高頻無(wú)線通訊組件的基板的剖面示意圖。
圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種介電玻璃陶瓷基板的制造方法的流程圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明1 基板11 層111 導(dǎo)電金屬層 112 電子組件113 通孔S1～S4 流程步驟具體實(shí)施方式
以下將參照相關(guān)附圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法，其中相同的組件將以相同的組件符號(hào)加以說(shuō)明。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種介電玻璃陶瓷基板由介電玻璃陶瓷組合物構(gòu)成。其中介電玻璃陶瓷基板為低溫共燒陶瓷(LTCC)基板。
如業(yè)界所知，鈦酸鍶具高介電常數(shù)，但其共振頻率溫度系數(shù)偏高，鈦酸鍶具如下性質(zhì)(1).燒結(jié)溫度1300℃以上；(2).介電常數(shù)(@GHz)200；(3).溫度系數(shù)1100ppm/℃。
再者，一般的商用介電陶瓷粉末也具有相當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)，有足夠的質(zhì)量因子以及偏低的共振頻率溫度系數(shù)，一般的商用介電陶瓷粉末具如下性質(zhì)(1).燒結(jié)溫度1350℃；(2).介電常數(shù)(@GHz)36.5；(3).品質(zhì)系數(shù)(@5.21GHz)11000；(4).溫度系數(shù)(ppm/℃)-2.8(25℃～125℃)。
如上述數(shù)據(jù)顯示，鈦酸鍶陶瓷或商用介電陶瓷粉末的燒結(jié)溫度達(dá)1300℃以上，無(wú)法滿足低于962℃的要求，且溫度系數(shù)不符規(guī)格。故本發(fā)明的介電玻璃陶瓷組合物由重量百分比為45％至75％的陶瓷材料以及重量百分比為25％至55％的鋇硼硅玻璃材料組成，可有效降低燒結(jié)溫度至962℃或更低，而得到可與高導(dǎo)電性金屬如銀共燒的高頻積層陶瓷組件。
陶瓷材料例如是鈦酸鍶陶瓷或介電常數(shù)30-40的商用介電陶瓷粉末。優(yōu)選地，介電玻璃陶瓷組合物可由重量百分比為45％至75％的鈦酸鍶陶瓷與重量百分比為25％至55％的鋇硼硅玻璃組合而成；最佳地，介電玻璃陶瓷組合物由重量百分比為60％至75％的鈦酸鍶陶瓷與重量百分比為25％至40％的鋇硼硅玻璃組合而成?；蛘撸殡姴Ａ沾山M合物可由重量百分比為45％至75％的商用介電陶瓷粉末與重量百分比為25％至55％的鋇硼硅玻璃組合而成；最佳地，介電玻璃陶瓷組合物由重量百分比為70％至80％的商用介電陶瓷粉末與重量百分比為20％至30％的鋇硼硅玻璃組合而成。
在本實(shí)施例中，鋇硼硅玻璃材料的組成包括重量百分比0％至10％的鋇、重量百分比70％至80％的氧化硼、重量百分比10％至20％的氧化硅及重量百分比0％至5％的氧化鉀。更甚者，鋇硼硅玻璃材料的最佳組成包括重量百分比5％的鋇、重量百分比77％的氧化硼、重量百分比16％的氧化硅及重量百分比2％的氧化鉀。
如上所述，本實(shí)施例的介電玻璃陶瓷基板由混合陶瓷材料、鋇硼硅玻璃材料與有機(jī)載體制成，在制作時(shí)，將重量百分比為29％至49％的陶瓷材料、重量百分比為16％至36％的鋇硼硅玻璃材料及重量百分比為35％至45％的有機(jī)載體相互混合后，在低于962℃的溫度下共燒而成。有機(jī)載體包括粘結(jié)劑、有機(jī)溶劑或塑化劑。在本實(shí)施例中，粘結(jié)劑例如是聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)；有機(jī)溶劑例如是正丙醇、甲苯或乙醇；塑化劑例如是鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)。
而制備時(shí)的介電玻璃陶瓷組合物的組成，其中優(yōu)選地為29％至50％重量百分比的陶瓷材料，與15％至36％重量百分比的鋇硼硅玻璃材料。更優(yōu)選地為40％至45％重量百分比的鈦酸鍶陶瓷與20％至25％重量百分比的鋇硼硅玻璃材料?；蛘呤?5％至50％重量百分比的商用介電陶瓷粉末與15％至20％重量百分比的鋇硼硅玻璃材料。
在本實(shí)施例中，共燒而成的介電玻璃陶瓷基板可應(yīng)用于微波通訊組件，特別是高頻濾波器例如具有內(nèi)導(dǎo)體層或帶線型式濾波器，于此，應(yīng)用介電玻璃陶瓷基板的電子組件，其介電玻璃陶瓷組合物在1MHz下的介電常數(shù)(ε)的范圍約為9至33且在1MHz下的品質(zhì)因子(Q)的范圍為400至6000，因而有利于電子組件的體積微小化并符合微波通訊組件的標(biāo)準(zhǔn)。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種介電玻璃陶瓷基板的制造方法包括步驟S1至S3。在步驟S1，混合陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料于有機(jī)載體中，介電玻璃陶瓷組合物包括陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料；在步驟S2，成型生胚；以及在步驟S3，低溫?zé)Y(jié)生胚以形成介電玻璃陶瓷基板。
本實(shí)施例的介電玻璃陶瓷基板的制造方法在低溫?zé)Y(jié)步驟之后還包括測(cè)試介電玻璃陶瓷基板的步驟S4。
由于本實(shí)施例的介電玻璃陶瓷組合物中陶瓷材料與鋇硼硅玻璃材料及有機(jī)載體的材料選擇、混合比例與性質(zhì)特征，均與上述實(shí)施例相同，故不在此贅述。其中介電玻璃陶瓷基板為低溫共燒陶瓷基板，在低于962℃的燒結(jié)溫度下完成。
為使本發(fā)明的內(nèi)容更容易理解，以下以兩個(gè)實(shí)驗(yàn)例舉例說(shuō)明。
實(shí)驗(yàn)例一首先，將不同重量百分比的含鈦酸鍶陶瓷材料的粉末、含鋇硼硅玻璃材料的粉末及有機(jī)載體依表一所示加以混合后量取總重10克(g)的粉末，加入10毫升(ml)的正丙醇(1-propylalcohol)、5％重量百分比的聚乙二醇(polyethylene glycol 200，PEG 200)及10顆直徑約10毫米(mm)的氧化鋯磨球，以三度空間懸臂混粉機(jī)混合2小時(shí)。再以80℃烘干1小時(shí)后以研缽與杵研磨，量秤2.5克(g)的粉末，放入直徑15毫米的圓形壓膜以9MPa的壓力維持15秒，從而將粉末壓片成生胚。
之后，將生胚在875℃～900℃大氣氣氛下燒結(jié)15～30分鐘，燒結(jié)制程分為兩個(gè)階段，第一階段為脫脂，即將生胚在5℃/min的加熱速度下，緩慢清除生胚內(nèi)的有機(jī)粘結(jié)劑，而為確實(shí)完全清除，在500℃溫度下停留一小時(shí)。第二階段為燒結(jié)，以5℃/min～15℃/min的加熱速度到達(dá)燒結(jié)溫度，停留15～120分鐘后爐冷，便完成介電玻璃陶瓷基板的制作。
燒結(jié)完成后，利用LCR計(jì)量器(LCR meter)量測(cè)1MHz下的低頻性質(zhì)，并利用Hakki與Coleman方法，以測(cè)量介電玻璃陶瓷基板中的介電玻璃陶瓷組合物的介電常數(shù)及質(zhì)量因子。本實(shí)驗(yàn)例所得的結(jié)果一并列于表一中。
表一

實(shí)驗(yàn)例二首先，將不同重量百分比的NPO37介質(zhì)陶瓷粉末、含鋇硼硅玻璃材料的粉末及有機(jī)載體依表二所示加以混合后量取總重10克(g)的粉末，加入10毫升(ml)的正丙醇(1-propyl alcohol)、5％重量百分比的聚乙二醇(polyethylene glycol 200，PEG 200)及10顆直徑約10毫米(mm)的氧化鋯磨球，以三度空間懸臂混粉機(jī)混合2小時(shí)。再以80℃烘干1小時(shí)后以研缽與杵研磨，量秤2.5克(g)的粉末，放入直徑15毫米的圓形壓膜以9MPa的壓力維持15秒，從而將粉末壓片成生胚。
之后，將生胚在875℃～900℃大氣氣氛下燒結(jié)15～30分鐘，燒結(jié)制程分為兩個(gè)階段，第一階段為脫脂，即將生胚在5℃/min的加熱速度下，緩慢清除生胚內(nèi)的有機(jī)粘結(jié)劑，而為確實(shí)完全清除，在500℃溫度下停留一小時(shí)。第二階段為燒結(jié)，以5℃/min～15℃/min的加熱速度到達(dá)燒結(jié)溫度，停留15～120分鐘后爐冷，便完成介電玻璃陶瓷基板的制作。
燒結(jié)完成后，利用LCR計(jì)量器(LCR meter)量測(cè)1MHz下的低頻性質(zhì)，并利用Hakki與Coleman方法，以測(cè)量介電玻璃陶瓷基板的介電常數(shù)及質(zhì)量因子。本實(shí)驗(yàn)例所得的結(jié)果一并列于表二中。
表二

本實(shí)施例所制備且測(cè)試完成的介電玻璃陶瓷基板可應(yīng)用于微波通訊組件，特別是濾波器，例如是具有內(nèi)導(dǎo)體層或帶線型式濾波器，且如上所述，介電玻璃陶瓷組合物1MHz下的介電常數(shù)(ε)的范圍為9至33，且品質(zhì)因子(Q)的范圍為400至6000之間。
綜上所述，因根據(jù)本發(fā)明的一種介電玻璃陶瓷組合物、介電玻璃陶瓷基板及其制造方法，其介電玻璃陶瓷組合物由鋇硼硅玻璃與陶瓷材料組成，其中鋇硼硅玻璃主要由鋇、氧化硼與氧化硅組成而成，可有效降低燒結(jié)的溫度，而可與熔點(diǎn)較低的導(dǎo)電材料應(yīng)用低溫共燒陶瓷技術(shù)燒結(jié)形成介電玻璃陶瓷基板。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明經(jīng)過(guò)適當(dāng)比例的陶瓷材料與鋇硼硅玻璃混合，能夠得到優(yōu)選的介電常數(shù)及質(zhì)量因子，從而達(dá)到在組件體積微小化之下，具有高質(zhì)量與高穩(wěn)定度的特點(diǎn)。
雖然本發(fā)明已通過(guò)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了上述公開(kāi)，但是其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種介電玻璃陶瓷組合物，包括陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中該陶瓷材料的重量百分比為45％至75％，該鋇硼硅玻璃材料的重量百分比為25％至55％。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中該陶瓷材料為鈦酸鍶陶瓷。
4.權(quán)利要求2的組合物，其中該陶瓷材料為介電常數(shù)30-40的商用介電陶瓷粉末。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中該陶瓷材料最佳重量百分比為70％至80％，該鋇硼硅玻璃材料的最佳重量百分比為20％至30％。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中該鋇硼硅玻璃材料的組成包括重量百分比0％至10％的鋇、重量百分比70％至80％的氧化硼、重量百分比10％至20％的氧化硅及重量百分比0％至5％的氧化鉀。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中該組合物在1MHz下的介電常數(shù)(ε)的范圍為9至33且該組合物在1MHz下的質(zhì)量因子(Q)的范圍為400至6000。
8.一種介電玻璃陶瓷基板，由介電玻璃陶瓷組合物構(gòu)成，其中該介電玻璃陶瓷組合物包括陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料。
9.權(quán)利要求8的基板，其在制作時(shí)還包括使用有機(jī)載體，并將該陶瓷材料以及該鋇硼硅玻璃材料與該有機(jī)載體混合。
10.權(quán)利要求9的基板，其中該有機(jī)載體包括粘結(jié)劑、有機(jī)溶劑及塑化劑。
11.權(quán)利要求10的基板，其中該粘結(jié)劑為聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚乙烯醇(PVA)。
12.權(quán)利要求10的基板，其中該有機(jī)溶劑為正丙醇、甲苯或乙醇。
13.權(quán)利要求10的基板，其中該塑化劑為鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)。
14.權(quán)利要求8的基板，其為低溫共燒陶瓷基板(LTCC)，且該低溫共燒陶瓷基板的共燒溫度低于962℃。
15.一種介電玻璃陶瓷基板的制造方法，包括下列步驟混合陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料于有機(jī)載體中；成型生胚；以及低溫?zé)Y(jié)該生胚以形成介電玻璃陶瓷基板。
16.權(quán)利要求15的制造方法，其中該陶瓷材料以及該鋇硼硅玻璃材料混合于有機(jī)載體后，經(jīng)約1小時(shí)烘干后再壓片以形成該生胚。
17.權(quán)利要求15的制造方法，其中在低溫下燒結(jié)該生胚的步驟中分為脫脂與燒結(jié)兩個(gè)階段。
18.權(quán)利要求15的制造方法，在低溫?zé)Y(jié)步驟之后還包括下列步驟測(cè)試該介電玻璃陶瓷基板，利用LCR計(jì)量器(LCR meter)量測(cè)該組合物在1MHz下的低頻性質(zhì)，并利用Hakki與Coleman方法，以測(cè)量該組合物的介電常數(shù)及質(zhì)量因子。
全文摘要
一種介電玻璃陶瓷組合物包括陶瓷材料以及鋇硼硅玻璃材料。還公開(kāi)了一種介電玻璃陶瓷基板及其制造方法。陶瓷材料例如是鈦酸鍶陶瓷或商用介電陶瓷粉末。將鋇硼硅玻璃材料和陶瓷材料與有機(jī)載體混合；成型生胚；以及低溫?zé)Y(jié)該生胚以形成由該介電玻璃陶瓷組合物構(gòu)成的介電玻璃陶瓷基板。
文檔編號(hào)C04B35/47GK101028975SQ20061001985
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2006年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者魏志宏, 謝俞枰, 邱錦源 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司