本發(fā)明屬于微波電子材料領(lǐng)域，涉及一種低介的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
LTCC材料是LTCC技術(shù)中低溫共燒陶瓷作為基板的材料統(tǒng)稱，LTCC材料的介電常數(shù)可以在很大范圍內(nèi)變動，增加了電路設(shè)計的靈活性。目前，LTCC材料在日本、美國等發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化、系列化和可進(jìn)行材料設(shè)計的階段。
LTCC材料經(jīng)歷了從簡單到復(fù)合、從低介電常數(shù)到高介電常數(shù)和使用頻段不斷增加等發(fā)展過程。從技術(shù)成熟程度、產(chǎn)業(yè)化程度及應(yīng)用廣泛程度等角度來評價，目前LTCC技術(shù)是無源集成的主流技術(shù)。LTCC屬于高新科技的前沿產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)的各個領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用市場和發(fā)展前景。同時LTCC技術(shù)也將面臨來自不同技術(shù)的競爭與挑戰(zhàn)，必須繼續(xù)強(qiáng)化自身技術(shù)發(fā)展和大力降低制造成本，不斷完善或亟待開發(fā)相關(guān)技術(shù)。如美國 (ITRI)正積極主導(dǎo)開發(fā)可埋入電阻、電容的PCB技術(shù)，并預(yù)計2～3年后達(dá)到成熟階段，屆時將以MCM-L形式與LTCC/MLC技術(shù)在高頻通信模塊領(lǐng)域成為強(qiáng)有力競爭對手。至于以微電子技術(shù)為核心開發(fā)的MCM-D技術(shù)來制作高頻通信模塊，也正在美、日、歐各大公司內(nèi)積極展開。如何繼續(xù)保持LTCC技術(shù)在無線通訊組件領(lǐng)域的主流地位，還必須繼續(xù)強(qiáng)化自身技術(shù)發(fā)展和大力降低制造成本，不斷完善或亟待開發(fā)相關(guān)技術(shù)，如解決與器件集成化制備工藝中異質(zhì)材料的匹配共燒，化學(xué)兼容性及機(jī)電性能與界面行為等問題。
目前，LTCC陶瓷材料主要是兩個體系,即“微晶玻璃”系和“玻璃+陶瓷”系。采用低熔點氧化物或低熔點玻璃的摻雜可以降低陶瓷材料的燒結(jié)溫度，但是降低燒結(jié)溫度有限，而且不同程度會損壞材料性能，尋找自身具有燒結(jié)溫度低的陶瓷材料引起研究人員的重視。整體而言，CuWO4材料本身的燒結(jié)溫度不是很高，且具有較好的微波性能。如果能通過合理的復(fù)合或摻雜設(shè)計，有望實現(xiàn)綜合性能很好的低介的LTCC材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有優(yōu)異的微波介電性能，本身的燒結(jié)溫度不是很高的新型超低溫共燒微波陶瓷基板材料及優(yōu)化其制備方法。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種低介的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，包含主晶相黑鎢礦CuWO4和輔助相納米晶Na2WO4，其分子式為 (1-x)CuWO4-xNa2WO4，所述(1-x)CuWO4-xNa2WO4由CuCO3，WO3和Na2CO3制得。燒結(jié)溫度為900～1000℃時，能實現(xiàn)較低的介電常數(shù)，其介電常數(shù)為7.5～8.3。
(1-x)CuWO4-xNa2WO4微波介質(zhì)陶瓷材料中，x的取值范圍為0.05～0.09。
上述方案的陶瓷的制備步驟如下：
(1) 按化學(xué)計量比稱量原料CuCO3，WO3和Na2CO3，一次高速混磨、混料均勻后烘干物料；
(2) 將步驟(1)所得的烘干物料過篩后放入坩堝中壓實，按3℃/min的升溫速率升至900～1000℃，保溫1～3h，隨爐冷卻；
(3) 將步驟(2)所得的塊狀預(yù)燒料從坩堝中取出，在高速混合機(jī)中二次混磨；
(4) 將步驟(3)所得到的二次混磨物料烘干后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～10%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，并壓成圓柱形；
(5) 將步驟(4)所得的樣品放入馬弗爐中，按3~5℃/min的升溫速率升至700℃并保溫2h，然后再按2℃～3℃/min的升溫速率升溫至900～1000℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫2～3h，再按1℃～2℃/min的降溫速率降溫至700℃，隨后隨爐冷卻。
上述的制備方法中，(1-x)CuWO4-xNa2WO4微波介質(zhì)陶瓷中x的取值范圍為0.05～0.09。
上述的制備方法中，聚乙烯醇溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%。
經(jīng)過以上五個步驟，就可以得到本發(fā)明所述的低介LTCC微波陶瓷材料。
經(jīng)測試，本發(fā)明提供的低介的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其介電常數(shù)為7.5～8.3，Q×f 值均在53000GHz以上，諧振頻率溫度系數(shù)τf約為-50ppm/℃。
本發(fā)明提供的低介LTCC微波陶瓷材料的主要優(yōu)點在于：
①該微波介質(zhì)陶瓷材料介電常數(shù)為7.5～8.3，可用于LTCC 基板材料，具有良好的商業(yè)價值。
②具有較低的介電損耗，Q×f值均在53000GHz以上。
③該制備工藝省去常規(guī)制備工藝的超聲分散等繁瑣步驟。
④制備過程能耗低污染少，應(yīng)用前景廣闊。
附圖說明
圖1為本發(fā)明提供的低介電常數(shù)的LTCC微波陶瓷材料的制備工藝流程示意圖。
具體實施方式
實施例1
以CuCO3，WO3和Na2CO3為原料制備0.92CuWO4-0.08Na2WO4低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，具體制備方法如下：
(1) 按化學(xué)計量比稱量原料CuCO3，WO3和Na2CO3，一次高速混磨、混料均勻后烘干物料；
(2) 將步驟(1)所得的烘干物料過篩后放入坩堝中壓實，按3℃/min的升溫速率升至900℃，保溫2h，隨爐冷卻；
(3) 將步驟(2)所得的塊狀預(yù)燒料從坩堝中取出，在高速混合機(jī)中二次混磨；
(4) 將步驟(3)所得到的二次混磨物料烘干后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，并壓成直徑12mm，高度8mm的圓柱形；
(5) 將步驟(4)所得的樣品放入馬弗爐中，按4℃/min的升溫速率升至700℃并保溫2h，以排除生坯中的水分和膠水，然后再按3℃/min的升溫速率升溫至950℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫2.5h，再按2℃/min的降溫速率降溫至700℃，隨后隨爐冷卻，最終制得所需要的微波介質(zhì)陶瓷材料。
該具體實施方案所獲得的LTCC材料經(jīng)過系列測試，發(fā)現(xiàn)其介電常數(shù)為7.9，Q×f值為56000GHz，諧振頻率從溫度系數(shù)為-50ppm/℃。
實施例2
以CuCO3，WO3和Na2CO3為原料制備0.94CuWO4-0.06Na2WO4低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷材料，具體制備方法如下：
(1) 按化學(xué)計量比稱量原料CuCO3，WO3和Na2CO3，一次高速混磨、混料均勻后烘干物料；
(2) 將步驟(1)所得的烘干物料過篩后放入坩堝中壓實，按3℃/min的升溫速率升至950℃，保溫3h，隨爐冷卻；
(3) 將步驟(2)所得的塊狀預(yù)燒料從坩堝中取出，在高速混合機(jī)中二次混磨；
(4) 將步驟(3)所得到的二次混磨物料烘干后，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的聚乙烯醇溶液進(jìn)行造粒，并壓成直徑12mm，高度8mm圓柱形；
(5) 將步驟(4)所得的樣品放入馬弗爐中，按4℃/min的升溫速率升至700℃并保溫2h，以排除生坯中的水分和膠水，然后再按3℃/min的升溫速率升溫至1000℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫2.5h，再按2℃/min的降溫速率降溫至700℃，隨后隨爐冷卻，最終制得所需要的微波介質(zhì)陶瓷材料。
該具體實施方案所獲得的LTCC材料經(jīng)過系列測試，發(fā)現(xiàn)其介電常數(shù)為7.7，Q×f值為58000GHz，諧振頻率從溫度系數(shù)為-48ppm/℃。
以上實施例在本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實施例。