專利名稱：：提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法。屬于低溫共燒陶瓷(LTCC)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：LTCC技術(shù)(低溫共燒陶瓷技術(shù))是當(dāng)今電子元器件集成的主流技術(shù)之一。發(fā)展LTCC產(chǎn)品，最重要的關(guān)鍵技術(shù)是適宜于低溫?zé)Y(jié)的陶瓷材料制備技術(shù)。先進的LTCC產(chǎn)品中，介質(zhì)層的厚度通常《10um，若介質(zhì)絕緣電阻率不足夠高，則容易導(dǎo)致器件過早老化失效。因此，介質(zhì)材料的絕緣電阻率維持在10iiQ/cm以上。從產(chǎn)品成本和電極方阻的角度考慮，用Cu作為內(nèi)電極是最為合適的，也是該類產(chǎn)品發(fā)展的方向丄i-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷具有高的介電常數(shù)(6570)，燒結(jié)溫度較低，約為105(TC，當(dāng)添加適量低熔點氧化物后，燒結(jié)溫度可降至90(TC以下。但是該材料的晶粒形狀多呈板狀，造成該材料致密化程度較低，由此帶來兩方面的問題，1、共燒過程中的電極滲透；2、室溫下的絕緣電阻率因吸潮而降低，通常室溫絕緣電阻率在107109。本發(fā)明試圖通過改善Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷的顯微織構(gòu)，提高材料的致密度，解決上述問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是要提供一種提高與Cu共燒的Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷微絕緣電阻率(使用溫度范圍25°C125°C)的方法，采用本方法制備出的Cu共燒Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷的使用溫度在125°C以下時，材料的室溫絕緣電阻率可達1012Q/cm以上，125。C時絕緣電阻率達到1011以上。本發(fā)明采用工業(yè)用Li2C03(純度99.00%)、Ti02(純度99.70%)禾口Nb205(純度99.9%)為原料，用固相合成法制備Liux-yNbh-3yTix+4y(0.05^0.15，0.05《5<0.15)基微波介質(zhì)陶瓷粉體，合成溫度550800°C，保溫時間26小時。采用B203(0.010.lwt%)，Nb205(0.21.Owt%)，Si02(0.10.9wt%)，作為添加劑，用球磨方式將粉料混合均勻，磨球采用粒徑為35mm的Zr023球，料球水為l:24:0.81.2，球磨時間24小時。粉體成型后即涂覆Cu電極，置于管式爐中全程通高純氮氣燒結(jié)。燒結(jié)溫度為850°C900°C，保溫時間26小時。Cu共燒樣品的電阻率用HP4329A高阻儀測得，樣品測試環(huán)境溫度為25°C125°C。材料的微波介電性能采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得。采用本發(fā)明制備的Cu共燒微波介質(zhì)材料測得的電阻率在環(huán)境溫度小于IO(TC時變化很小，在環(huán)境溫度為10(TC125"C時，電阻率略有下降但仍大于10UQ/cm，材料的介電常數(shù)e為6972，品質(zhì)因數(shù)Q*f大于4000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小于17ppm/°C。對于低溫?zé)Y(jié)Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷，由于晶粒呈板狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致影響其絕緣電阻率的因素很復(fù)雜，除了材料本身存在的弱束縛電子和氧離子空位參與電導(dǎo)外，顯微結(jié)構(gòu)的不均勻、不致密導(dǎo)致雜質(zhì)吸附，引起絕緣電阻下降，而這種影響對低溫?zé)Y(jié)Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷來說，顯得非常明顯。因此，本發(fā)明設(shè)計了一種控制低溫?zé)Y(jié)Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的方法，通過在不影響材料微波介電性能的前提下，使材料的晶粒排列更為緊密，材料的致密化程度更高，從而提高材料的絕緣電阻率。本發(fā)明的內(nèi)容是通過改善Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的方法，提高材料的絕緣電阻率，它包括兩個方面的內(nèi)容1、采用有利于組分均勻的微量元素分步添加法制備粉體，避免組分不均勻分布導(dǎo)致的晶粒不均勻生長。分步添加工藝是將部分添加物按比例混合后與固相合成的Li-Nb-Ti基料預(yù)混合，含有添加物的預(yù)混合粉料與Li-Nb-Ti基料配料后，再用球磨方式混合均勻；2、添加少量的B2(h和Si02，在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相有利于顆粒重排，使晶粒的堆積密度提高，以增加材料的致密化程度；添加Nb20s，控制晶粒生長。圖1為樣品燒結(jié)表面顯微結(jié)構(gòu)的變化，可以看出，添加B203，但未采用分步添加法制備粉體的樣品(2粉，可見明顯的局部晶粒融合；采用分步添加工藝，局部晶粒融合現(xiàn)象得以抑制(3#);在3#樣品的基礎(chǔ)上，添加適量的Nb205可以控制晶粒的生長，避免大尺寸板狀晶粒出現(xiàn)(4#)，添加適量的Si02，晶粒的堆積密度明顯增加(5#)。從圖2樣品拋光腐蝕后的晶粒形貌可以看出，2#、4tt和5tt樣品經(jīng)拋光后，顯微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的不同，2#樣品晶粒堆積密度明顯小于4tt和5tt樣品。對于Li-Nb-Ti基陶瓷材料，扁平的長棒狀晶粒結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致4其燒結(jié)密度難以提高的最大障礙，本發(fā)明通過添加適量NB2O5，是晶粒尺寸短小<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>圖l樣品燒結(jié)表面形貌；圖2樣品經(jīng)拋光腐蝕后的晶粒形態(tài)；圖3不同配方樣品的X光衍射圖。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件進行。除非另有定義或說明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。實施例1采用工業(yè)用Li2CCh、Ti02和Nb20s為原料，用固相合成法制備Li1+X—yNb卜x—3yTix+4y(x:0.1，y=0.l)基微波介質(zhì)陶瓷粉體,合成溫度750。C，保溫時間4小時。將合成粉料再次細磨，細磨采用粒徑為35mm的Zr02球，料球水比為l:3:0.9,球磨時間24小時。用干壓成型的方法將粉體壓制成(1>15*2的圓片，涂覆Cu電極后，置于管式爐中全程通高純氮氣燒結(jié)。燒結(jié)溫度為90(TC，保溫時間2小時。用HP4329A高阻儀測得樣品的室溫電阻率為20X108，125。C時的電阻率為5.0X1011。采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得材料的介電常數(shù)e為72，品質(zhì)因數(shù)Q葉為4000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)〈15ppm/°C。實施例2Li-Nb-Ti基料的制備方法與實例1相同，將0.08wt。/。B2(h作為添加劑，加入合成粉料中，用球磨方式將粉料混合均勻，磨球采用粒徑為35mm的2r02球，料球水比為l:3:0.9，球磨時間24小時，樣品成型及燒結(jié)工藝同實例1。用HP4329A高阻儀測得樣品的室溫電阻率為1.0X10"，125。C時的電阻率為2.0X10u。采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得材料的介電常數(shù)e為71，品質(zhì)因數(shù)Q'f為3900GHz，諧振頻率溫度系數(shù)〈15ppm廣C。實施例3Li-Nb-Ti基料的制備方法與實例l相同，B203，添加物與基料以l:10的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和燒結(jié)工藝與實例1相同。用HP4329A高阻儀測得樣品的室溫電阻率為2.0X1012，125t:時的電阻率為43X1011。采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得材料的介電常數(shù)e為70，品質(zhì)因數(shù)Q葉為4100GHz，諧振頻率溫度系數(shù)〈15ppm/。C。實施例4Li-Nb-Ti基料的制備方法與實例1相同，添加物為B203和Nb205，添加物按比例預(yù)混合后與基料以1:IO的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和燒結(jié)工藝與實例l相同。用HP4329A高阻儀測得樣品的室溫電阻率為3.6X1012，125"C時的電阻率為9.0X10U。采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得材料的介電常數(shù)e為72，品質(zhì)因數(shù)Q*f為4000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)〈15ppm/°C。實施例5Li-Nb-Ti基料的制備方法與實例l相同，添加物B2(h、Si02和Nb205，添加物按比例預(yù)混合后與基料以1:IO的比例第一次混合，混合料再按配方比例加入到Li-Nb-Ti基料中，第二次混合。成型和燒結(jié)工藝與實例l相同。用HP4329A高阻儀測得樣品的室溫電阻率為2.4X1013，125"C時的電阻率為7.0X10u。采用諧振器法用E8363A網(wǎng)絡(luò)分析儀測得材料的介電常數(shù)e為69，品質(zhì)因數(shù)Q'f為4300GHz，諧振頻率溫度系數(shù)〈15ppm/°C。權(quán)利要求1、提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法，采用Li2CO3、TiO2和Nb2O5為原料，用固相合成法制備Li1+x-yNb1-x-3yTix+4y陶瓷粉體，其中0.05≤x≤0.15，0.05≤y≤0.15，然后采用B2O3、Nb2O5和SiO2作為添加劑，用球磨方式將粉料混合均勻，經(jīng)成型后涂覆Cu電極，置于管式爐中通氮氣燒結(jié)。2、按權(quán)利要求1所述的提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法，其特征在于，所述的b2o3的添加量為aoiaiwt%，Nb2o5的添加量為a21.Owt%，Si02的添加量為0.10.9wt%。3、按權(quán)利要求1或2所述的提高Liib-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法，其特征在于，磨球采用粒徑為35mm的Zr02球，料球水為1:24:。.81.2。３.按權(quán)利要求1或2或3所述的提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法，其特征在于，所述的固相合成法合成溫度550800°C，保溫時間26小時。4、按權(quán)利要求1或2或3所述的提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法，其特征在于，所述的燒結(jié)溫度為850°C900°C，保溫時間26小時。全文摘要本發(fā)明涉及一種提高Li-Nb-Ti基微波介質(zhì)陶瓷絕緣電阻率的方法。屬于低溫共燒陶瓷(LTCC)領(lǐng)域。本發(fā)明采用B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(0.01～0.1wt％)，Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>(0.2～1.0wt％)，SiO<sub>2</sub>(0.1～0.9wt％)，作為添加劑，用分步添加工藝制備陶瓷粉料，樣品與Cu電極在氮氣氛下共燒，燒結(jié)溫度為850℃～900℃，保溫時間2～6小時。本發(fā)明制備的Cu共燒微波介質(zhì)材料測得的電阻率，在環(huán)境溫度小于100℃時為10<sup>12～13</sup>Ω/cm，125℃時電阻率為10<sup>11</sup>Ω/cm，材料的介電常數(shù)ε為69～72，品質(zhì)因數(shù)Q·f大于4000GHz，諧振頻率溫度系數(shù)小于17ppm/℃。文檔編號C04B35/622GK101538153SQ20081020522公開日2009年9月23日申請日期2008年12月31日優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日發(fā)明者吳文駿,李永祥,沢崎章,王依琳,蔡聰麟,趙梅瑜申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所