專利名稱：：一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于電子基板復合材料
技術領域：
，特別是提供了一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法。
背景技術：
：進入21世紀，隨著軍用電子整機，通訊類電子產(chǎn)品及消費類電子產(chǎn)品迅速向短、小、輕、薄方向發(fā)展，手機、PDA、MP3、筆記本電腦等終端系統(tǒng)的功能愈來愈多，體積愈來愈小，電路組裝密度愈來愈高。若能將部分無源元件集成到基板中，則不僅有利于系統(tǒng)的小型化，提高電路的組裝密度，還有利于提高系統(tǒng)的可靠性。目前，眾多專家及工程技術界都認為，實現(xiàn)整機或系統(tǒng)集成的最佳方式是采用多芯片組件(MCM)技術，而多層片式元件(包括片式微波介質(zhì)諧振器、濾波器、微波介質(zhì)天線及具有優(yōu)良高頻使用性能的片式陶瓷電容器等)是實現(xiàn)這一目的的有效途徑。微波元器件的片式化，需要微波介質(zhì)材料能與高電導率的金屬電極如Pt、Pd、Au、Cu、Ag等共燒。從經(jīng)濟性和環(huán)境角度考慮，使用熔點較低的Ag(96rC)或Cu(1064t:)等金屬作為電極材料最為理想。因此，要求微波介質(zhì)陶瓷材料具有低燒結(jié)溫度，與Ag或Cu共燒(孫慧萍.LTCC低介高頻微波介質(zhì)材料[碩士學位論文].杭州浙江大學材料與化學工程學院，2004.)。低溫共燒陶瓷技術(Lowtemperatureco-firedceramics,簡寫LTCC)是于1982年休斯公司開發(fā)的新型材料技術，是將低溫燒結(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個無源組件(如低容值電容、電阻、濾波器、阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器等)埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內(nèi)外電極可分別使用銀、銅、金等金屬，在90(TC下燒結(jié)，制成三維空間互不干擾的高密度電路，也可制成內(nèi)置無源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無源/有源集成的功能模塊，可進一步將電路小型化與高密度化，特別適合用于高頻通訊用組件(王悅輝，周濟，崔學民，等.低溫共燒陶瓷(LTCC)技術在材料學上的進展.無機材料學報，2006，21(02):267276.)。低介電常數(shù)微波介質(zhì)材料因其微波介電性能好，高頻損耗小，適合巴侖、濾波器、天線、模塊等高頻片式元器件的設計和制造，開始受到人們的普遍關注。對于低介電常數(shù)LTCC材料的研究，目前主要集中在LTCC基板材料的應用上。對微波電路來說，LTCC基板材料應具有低介電損耗、低介電常數(shù)以及高的絕緣電阻和介電強度。對于基板材料來說，必須降低基板材料的er，研發(fā)介電常數(shù)小于IO，甚至更低的LTCC基板材料以滿足高頻和高速的要求是LTCC材料如何適應高頻應用的一個挑戰(zhàn)(黃勇.LTCC玻璃陶瓷基板材料的研究[碩士學位論文].成都電子科技大學材料系，2005.)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低溫共燒陶瓷基板材料，該材料具有燒結(jié)溫度范圍寬、性能高的特點；本發(fā)明還提供了該項低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，該方法工藝簡單，成本低。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷基板材料，其特征在于，該陶瓷基板材料包括基質(zhì)材料和陶瓷相，其中，基質(zhì)材料的質(zhì)量百分比為45%80%，余量為陶瓷相，陶瓷相采用a-Al203;基質(zhì)材料為ZnO、B203和A1203構成的ZnO_B203-Al203玻璃，各組分在基質(zhì)材料中的摩爾百分比為氧化鋅(ZnO)3070%fU七硼(B203)3065%氧化鋁(A1203)010%。上述低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟第1步制備Zn0-B203_A1203玻璃粉體，其過程為(1.1)將ZnO、H3B03和A1203按比例混合均勻；(1.2)將上述混合后的材料放入高溫爐中，從室溫以15°C/分鐘升溫至30035(TC，再以38°C/分鐘升溫至1100135(TC，保溫12小時，然后將玻璃液水淬，得到玻璃碎末；(1.3)將玻璃碎末破碎，經(jīng)篩分，得到玻璃粉；(1.4)玻璃粉與去離子水混合放入行星式球磨機中球磨26小時，烘干后得到玻璃粉體備用；第2步將a-A1203粉體和ZnO_B203-Al203玻璃粉體分別按比例混合，加入去離子水，球磨，烘干；第3步采用質(zhì)量分數(shù)為68%的聚乙烯醇溶液作為粘結(jié)劑，造粒；第4步壓片后燒結(jié)。本發(fā)明配方中，采用a_A1203作為陶瓷相，ZnO-B203-Al203玻璃作為基質(zhì)，在65095(TC溫度范圍內(nèi)，玻璃具有一定的流動性，同時能與a-A1203反應，從而更好的浸潤a_A1203顆粒，將顆粒相互拉近，實現(xiàn)低溫燒結(jié)。另外，玻璃相也會析晶，從而降低得到的基板材料中的玻璃相含量，提高介電性能。本發(fā)明的基板材料在85095(TC下可以與高電導率金屬Cu、Ag、Au等實現(xiàn)共燒，基板材料具有良好的介電性能低的介電常數(shù)(在7GHz下，3.55.5)和介電損耗(在7GHz下，5.0X10—38.7X10—4)，QXf(20009000GHz)和諧振頻率溫度系數(shù)(-30_50ppm/K)。本發(fā)明的低溫共燒陶瓷基板具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明的基板材料具有優(yōu)良的介電性能，介電常數(shù)低，高頻下的介電損耗小，可以滿足高頻高速電路對基板材料的介電性能要求。(2)本發(fā)明采用的原料均為價格低廉的氧化物，工藝簡單，大大降低了產(chǎn)品的成本，同時燒結(jié)溫度范圍寬，適合工業(yè)化生產(chǎn)。(3)發(fā)揮了LTCC工藝技術的優(yōu)點，可以與高電導率的金屬實現(xiàn)共燒，大大降低了電路系統(tǒng)運行時的損耗。通過調(diào)整玻璃組分配方及041203與玻璃的比值，可以在很大范圍內(nèi)基板材料的性能，從而滿足電路設計的需要。具體實施例方式下面舉例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。實例1:1、Zn0-B203_A1203玻璃粉體的制備(1)將ZnO、H3B03和A1203按表1中的配方配料，總質(zhì)量為400克，在瑪瑙研缽中研磨約1小時至混合均勻，盛于500ml剛玉坩堝中。本發(fā)明中所指的AIA對晶型沒有特殊的限定，可以包含a-AIA和/或Y_A1203晶型。(2)將裝有氧化物原料的剛玉坩堝放入罩式熔爐中，從室溫以rc/分鐘升溫至30(TC，再以5°C/分鐘升溫至115(TC，保溫1小時，然后將玻璃液水淬，得到玻璃碎末。(3)玻璃碎末經(jīng)粗碎，過40目篩，得到玻璃粉。(4)將步驟(3)中得到的玻璃粉與去離子水混合放入行星式球磨機中球磨3小時，烘干后制得玻璃粉體備用。2、a-Al203/Zn0-B203_A1203系低溫共燒基板材料樣品的制備(1)將a-A1203粉體和ZnO_B203-Al203玻璃粉體分別按表3中的配方混合，總質(zhì)量為50克，加入去離子水，置于行星球磨機中球磨1小時，烘干。(2)采用質(zhì)量分數(shù)為8%的聚乙烯醇溶液作為粘結(jié)劑，造粒。(3)壓片。片子直徑25mm，高度1417mm，壓力為110Mpa，保壓1分鐘。(4)燒結(jié)采用常規(guī)燒結(jié)法，從室溫以3°C/分鐘升溫至60(TC，保溫0.5小時，將材料中的有機物完全排除，然后以5°C/分鐘升溫至90(TC，并保溫2小時，采用空氣氣氛，隨爐冷卻至室溫。實例2-6的各原料的配方如表1所示，其制備方法如實例1。本發(fā)明中，a-Al203/Zn0-B203_A1203系低溫陶瓷基板材料的配方如表1所示。表l基板材料配方01-AI2O3基質(zhì)材料基質(zhì)材料的組分及含量(mol%)(wt%)(wt%)ZnOB203A1203實例1406070300實例2554560400實例35050603010實例440605045實例5257560400實例6208030655實例712:實例712均采用實例2的配方，實例712的制備過程中的工藝參數(shù)如表2所示。5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(備注升溫速度指的是60(TC到保溫溫度的溫度區(qū)間的升溫速度)采用ADVANTESTR3767C型網(wǎng)絡分析儀測量上述樣品的介電性能，結(jié)果如表3所不。表3實驗樣品的介電性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>本發(fā)明中，壓片和燒結(jié)均可以采用常規(guī)的工藝方法。從室溫以3°C/分鐘升溫至600°C，保溫0.5小時，將材料中的有機物完全排除，然后以5°C/分鐘升溫至850950°C，并保溫26小時，采用空氣氣氛，隨爐冷卻至室溫。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。權利要求一種低溫共燒陶瓷基板材料，其特征在于，該陶瓷基板材料包括基質(zhì)材料和陶瓷相，其中，基質(zhì)材料的質(zhì)量百分比為45％～80％，余量為陶瓷相，陶瓷相采用α-Al2O3；基質(zhì)材料為ZnO、B2O3和Al2O3構成的ZnO-B2O3-Al2O3玻璃，各組分在基質(zhì)材料中的摩爾百分比為ZnO30～70％B2O330～65％Al2O30～10％。2.—種權利要求1所述低溫共燒陶瓷基板材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括下述步驟第1步制備Zn0-B203-Al203玻璃粉體，其過程為(1.1)將ZnO、H3B03和A1203按比例混合均勻；(1.2)將上述混合后的材料放入高溫爐中，從室溫以15°C/分鐘升溫至30035(TC，再以38°C/分鐘升溫至1100135(TC，保溫12小時，然后將玻璃液水淬，得到玻璃碎末；(1.3)將玻璃碎末破碎，經(jīng)篩分，得到玻璃粉；(1.4)玻璃粉與去離子水混合放入行星式球磨機中球磨26小時，烘干后得到玻璃粉體備用；第2步將a-A1203粉體和Zn0-B203-Al203玻璃粉體分別按比例混合，加入去離子水，球磨，烘干；第3步采用質(zhì)量分數(shù)為68%的聚乙烯醇溶液作為粘結(jié)劑，造粒；第4步壓片后燒結(jié)。全文摘要本發(fā)明公開了一種低溫共燒陶瓷基板材料及其制備方法。該陶瓷基板材料包括基質(zhì)材料和陶瓷相，其中，基質(zhì)材料的質(zhì)量百分比為45～80％，余量為陶瓷相，陶瓷相采用α-Al2O3；基質(zhì)材料為ZnO、B2O3和Al2O3構成的ZnO-B2O3-Al2O3玻璃，各組分在基質(zhì)材料中的摩爾百分比為ZnO30～70％；B2O330～65％；Al2O30～10％。制備陶瓷基板材料時先制備ZnO-B2O3-Al2O3玻璃粉體，再將α-Al2O3粉體和玻璃粉體混合，加入去離子水，球磨，烘干；然后造粒、壓片燒結(jié)。本發(fā)明材料具有燒結(jié)溫度范圍寬、性能高的特點；本發(fā)明方法工藝簡單，成本低。文檔編號C04B35/457GK101717245SQ20091027324公開日2010年6月2日申請日期2009年12月17日優(yōu)先權日2009年12月17日發(fā)明者傅邱云,劉歡,周東祥,孫榮光,胡云香,鄭志平,龔樹萍申請人:華中科技大學