專利名稱：V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造領(lǐng)域，涉及一種新型微波介質(zhì)陶瓷材料，尤其是一種V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，移動(dòng)通信和便攜式終端設(shè)備的小型化、便攜式、多功能、數(shù)字化及高可靠性、高性能方面的需求，進(jìn)一步推動(dòng)了電子元件日益向微型化、集成化和高頻化的方向發(fā)展，這就要求基板能滿足高傳播速度、高布線密度和大芯片封裝等要求。低溫共燒陶瓷LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)是一種用于實(shí)現(xiàn)高集成度、高性能電路封裝的技術(shù)。與其它集成技術(shù)相比，LTCC陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高Q特性和高速傳輸特性；使用高電導(dǎo)率的金屬(Ag、Cu等)作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)；制作層數(shù)很多的電路基板，減少連接芯片導(dǎo)體的長(zhǎng)度與接點(diǎn)數(shù)，并可制作線寬小于50 μ m的細(xì)線結(jié)構(gòu)電路，實(shí)現(xiàn)更多 布線層數(shù)；能集成的元件種類(lèi)多，參量范圍大，易于實(shí)現(xiàn)多功能化和提高組裝密度；可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求；具有良好的溫度特性；易于實(shí)現(xiàn)多層布線與封裝一體化結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步減小體積和重量，提高可靠性、耐高溫高濕性，可以應(yīng)用于惡劣環(huán)境；采用非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝，便于基板燒成前對(duì)每一層布線和互連通孔進(jìn)行質(zhì)量檢查，有利于提高多層基板的成品率和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低成本。因此LTCC陶瓷基板材料有著極廣的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的LTCC基板材料大部分都是以Al2O3為基礎(chǔ)，通過(guò)加入低熔點(diǎn)玻璃相以降低其燒結(jié)溫度，該類(lèi)材料由于摻雜了大量的玻璃相，從而導(dǎo)致性能相對(duì)較低，因此，探索適用于LTCC技術(shù)、微波性能優(yōu)異、能與銀電極共燒、化學(xué)組成和制備工藝簡(jiǎn)單的新型微波介質(zhì)陶瓷基板材料具有極其重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有LTCC技術(shù)中的不足，提供一種V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，該低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料從LTCC低溫共燒的角度出發(fā)，在LiMg4V3O12體系中通過(guò)摻雜少量低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑，其燒結(jié)溫度可成功將至900°C左右，同時(shí)保持優(yōu)異的微波性能。本發(fā)明公開(kāi)了一種V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，由重量百分比為99 100%的LiMg4V3O12和(Tl%的低熔點(diǎn)物質(zhì)組成其中低熔點(diǎn)物質(zhì)為Bi203、B2O3和BaCu(B2O5)中的一種。制備上述低溫?zé)Y(jié)V基LTCC微波介質(zhì)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 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4 8小時(shí)，取出后在120 140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以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并在此溫度下保溫2 6小時(shí)，制成燒塊，即合成主晶相。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4 8小時(shí)球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為(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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在120 140°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于500 600°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900 950°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。所述Li2CO3、MgO 和 NH4VO3 為分析純。所述BaCu (B2O5)為自制低熔點(diǎn)物質(zhì)，其制備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合后于800°C下保溫3小時(shí)即得。上述低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料燒成后的相組成為單相的LiMg4V3O12四方相結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為L(zhǎng)iMg4V3O1Ji波介質(zhì)陶瓷 ，其燒結(jié)溫度低，微波性能優(yōu)異WX/值高，諧振頻率溫度系數(shù)、?。徊缓豌y(Ag)反應(yīng)，可以采用純銀作為內(nèi)電極共燒，從而大大降低器件的制造成本。這種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料化學(xué)組成和制備工藝均比較簡(jiǎn)單，可廣泛用于LTCC微波基板的制造。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述配方與Ag電極的共燒兼容性情況圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)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(yù)先煅燒合成主粉體，而后在主粉體中加入一定比例的低熔點(diǎn)物質(zhì)Bi203、B203或BaCu (B2O5)，混合后造粒，壓片，燒結(jié)后即可得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。BaCu (B2O5)的制備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合后于800°C下保溫3小時(shí)即得。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例1:
(1)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在120°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，按照粉料與酒精的質(zhì)量比為1:1向粉料中加入酒精，放入尼龍罐中球磨4小時(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在120°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在950°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到微波介質(zhì)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(shí)現(xiàn)共燒匹配，表明該類(lèi)材料可以作為L(zhǎng)TCC的備選材料，圖1為900°C預(yù)燒后得粉體能很好地與銀電極兼容(見(jiàn)圖1)。實(shí)施例2:
(I)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合6小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=12. 5，^X/=18500GHz, τ f =-4. 5ppm/°C。實(shí)施例3
(I)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合8小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行8小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在140°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=13. 2，^X/=16500GHz, τ f =-6ppm/°C。實(shí)施例4
(1)首先將化學(xué)原料Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體；
(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C/min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 8，^X/=17500GHz, τ f =-3. 5ppm/°C。實(shí)施例5
(I)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在120°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至850°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行8小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 2，^X/=15700GHz, τ f =-6. 5ppm/°C。實(shí)施例6
(I)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合6小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該材料的微波性能為εr=ll. 5，^X/=20100GHz, τ f =-2. 5ppm/°C。實(shí)施例7
(I)首先將化學(xué)原料 Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體。(2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4小時(shí)，磨細(xì)后在140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以5°C /min的升溫速率將壓制的塊狀原料由室溫升至800°C并在此溫度下保溫4小時(shí)，制成燒塊。(3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4小時(shí)的球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在130°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于550°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)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(fā)明的技術(shù)方案，上述實(shí)施例還可以舉出許多，根據(jù)申請(qǐng)人大量的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果證明，在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)所提出的范圍，均可以達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料，由重量百分比為99 100%的LiMg4V3O12和(Tl%的低熔點(diǎn)物質(zhì)組成，其中低熔點(diǎn)物質(zhì)為Bi203、B2O3 和 BaCu (B2O5)中的一種； 所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法具體步驟為(1)首先將Li2C03、Mg0 和 NH4VO3 按摩爾比 Li2CO3: MgO: NH4VO3 =0. 5:4:3 配制成主粉體； (2)將步驟(I)配制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，采用濕磨法混合4 8小時(shí)，取出后在120 140°C下烘干，烘干后壓制成塊狀，然后以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并在此溫度下保溫2 6小時(shí)，制成燒塊，即合成主晶相； (3)將步驟(2)制成的燒塊粉碎，進(jìn)行4 8小時(shí)球磨，放入烘爐內(nèi)烘干后加入重量百分比為(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(shí)后取出，放入烘爐內(nèi)在120 140°C下烘干，造粒后壓制成小圓片，于500 600°C排膠，隨爐冷卻后得到瓷料，再將瓷料在900 950°C下燒結(jié)4小時(shí)即得到低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料； 所述Li2CO3、MgO和NH4VO3為分析純； 所述BaCu (B2O5)的制備方法為將分析純的Ba (OH) 2_8H20、Cu0和H3BO3按摩爾比1: 1:2球磨混合后于800°C下保溫3小時(shí)即得。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種V基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。該材料由重量百分比為99~100%的LiMg4V3O12和0~1%的低熔點(diǎn)物質(zhì)組成，其中低熔點(diǎn)物質(zhì)為Bi2O3，B2O3和BaCu(B2O5)中的一種，通過(guò)固相反應(yīng)，即可得到本發(fā)明材料。本發(fā)明制備的微波介質(zhì)陶瓷，其燒結(jié)溫度低、微波性能優(yōu)異Q×f值高，諧振頻率溫度系數(shù)τf小；不和銀(Ag)反應(yīng)，可以采用純銀作為內(nèi)電極共燒，從而大大降低器件的制造成本，可用于低溫共燒LTCC微波基板的制造。
文檔編號(hào)C04B35/622GK103030394SQ20131002938
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者陳秀麗, 賀芬, 周煥福, 陳杰, 苗雁冰, 王瑋, 方亮 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)