CN101913798A

CN101913798A - 环保型微波介质陶瓷基板

Info

Publication number: CN101913798A
Application number: CN 201010260298
Authority: CN
Inventors: 刘潭爱; 陈功田; 游宗杰; 谌晓文; 罗公军
Original assignee: CHENZHOU GONGTIAN ELECTRONIC CERAMICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENZHOU GONGTIAN ELECTRONIC CERAMICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2030-08-18
Also published as: CN101913798B

Abstract

本发明涉及一种环保型微波介质陶瓷基板，主要用于微波及毫米波卫星通讯、军工雷达及电子导航、微波安全监控等产品电路中。是用陶瓷微晶粉体与聚四氟乙烯粉末(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、玻璃纤维粉、液态环氧树脂和PVA聚乙烯醇溶液原料以及微量阻燃添加物原料：溴化树脂、五氧化二锑(Sb₂O₅)、三氧化二铋(Bi₂O₃)直接混合；经初轧、初烘干、叠层、精轧、双面或双向连续上胶、再烘干、双面或双向连续覆铜箔、裁剪和高压层压；再经抽真空，170-200℃低温固化50～60分钟，完成制得；本发明不含Nb重金属成分，具有良好的微波高频段低介电ε_r、低损耗tanδ、信号传输高效、高稳定的特性，工艺简单、烧结温度低、能与银电极共烧。

Description

环保型微波介质陶瓷基板

技术领域

本发明涉及一种环保型微波介质陶瓷基板，主要用于微波及毫米波卫星通讯、军工雷达及电子导航、微波安全监控等产品电路中。

背景技术

目前，随着军事用途的高频通信的部分频段让出，高频通信得到了快速的发展，使得现代通信、导航、医疗、交通、广播电视传输向高频化发展。而对高频高品质信号发射和接收设备中微波(300MHz～300GHz)电介陶瓷基板是当前先进陶瓷材料领域最具活力、最有前途的组成部分，其需求量在急剧增加。传统的纸基板由于板材介电ε_r高、tanδ损耗大、谐振频率温度系数τ_f偏大且不稳定；耐热效果差、易变形，品质因数Q低，已经无法用作高频产品的基材。尽管玻纤布基板材可用在部分高频电路中；在实际应用中受环境气候的影响高频段时基材体现出介电ε_r(4.6～5.0)变大充放电过程慢、tanδ受环境气候的影响损耗增加、信号传输不稳定。玻纤布基材也是间歇式生产加工，过程中难度大、浪费大边角料不可回收利用，整体平整度低易翘曲；玻纤布粉尘大有害人体健康；玻纤布基材对性能的调整范围较窄，使得无法实现大批量、高效率、低浪费可回收、高频系列化的生产规模。为此，寻找一种在微波高频段是低介电ε_r、低损耗tanδ、高Q、高稳定的微波高频板是人们的研究热点。

此外，现有的微波介质陶瓷基板，大都均存在烧结温度偏高问题。虽然某些材料烧结温度降低到900℃以下，但由于频率温度系数偏大、品质因数低、与银电极发生界面反应等现象存在，真正能实用的低温烧结微波介质陶瓷基板材料很少，阻碍了多层微波器件的发展。

与本发明最接近的现有技术是，2005年4月27日中国发明专利公开号CN1609049A公开的，由浙江大学杨辉等人提出的“一种高介电常数低温烧结微波介质陶瓷及其制备方法”是将原料Li₂CO₃、Nb₂O₅、TiO₂在乙醇中混合，烘干，煅烧，加入V₂O₅和溶胶-凝胶法自制的ZnO-B₂O₃-SiO₂(简称ZBS)玻璃，混合、干燥、压制成小圆片，烧成即得到该发明材料。该发明在900℃左右烧结具有较好的微波介电性能。但是，由于混合物中的ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃相含量很大，陶瓷的介电损耗很大(1MHz，tanδ＝3×10^-4)。混合物含Nb重金属成分，不符合绿色环保的无污染要求。另外，在烧结过程中大量存在的玻璃相与电极之间很容易发生化学反应，这对多层器件的制备还是极其不利的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服上述微波介质陶瓷的缺点，提供一种环保型微波介质陶瓷基板，不含Nb重金属成分，具有良好的微波高频段低介电ε_r、低损耗tanδ、信号传输高效、高稳定的特性，工艺简单、烧结温度低、能与银电极共烧。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种环保型微波介质陶瓷基板，是用陶瓷微晶粉体与聚四氟乙烯粉末(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、玻璃纤维粉、液态环氧树脂和PVA聚乙烯醇溶液原料以及微量阻燃添加物原料：溴化树脂、五氧化二锑(Sb₂O₅)、三氧化二铋(Bi₂O₃)直接混合搅拌均匀呈低稀释团状；经初轧、初烘干、叠层、精轧、双面或双向连续上胶、再烘干、双面或双向连续覆铜箔、裁剪和10-15MPa高压层压；再经抽真空，170-200℃低温固化50～60分钟，完成制得；

上述各组分原料的重量百分比是：陶瓷微晶粉体35～44％；聚四氟乙烯粉末14～26％；聚四氟乙烯乳液12～20％；玻璃纤维粉1～5％；液态环氧树脂8～14％；PVA聚乙烯醇溶液5～8％；溴化树脂1～4％；五氧化二锑0.5～2％；三氧化二铋0.5～2％。

所述的初轧和精轧措辞中的“轧”的含义是挤。就像和面团的揉挤过程，所以也可以称轧膜。

所述的陶瓷微晶粉体是用陶瓷粉末原料经球磨，固相反应煅烧，粉碎所得；其陶瓷粉末原料中含有的主要组分是：二氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)和氧化锌(ZnO)；含有的微量添加物组分是：碳酸钙(CaCO₃)、二氧化钛(TiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、五氧化二钒(V₂O₅)和碳酸锂(LiCO₃)；各组分的重量百分比含量为：二氧化硅35～45％；氧化镁40～55％；氧化锌1～5％；三氧化二铝0.5～5％；碳酸钙0.5～5％；二氧化钛1～4％；五氧化二钒0.5～2％；碳酸锂0.1～5％；

将上述各组分经过称量，混合，加水调料至呈稀糊状，放入球磨机的料桶中搅磨6-8小时；将球磨好的浆料压滤，滤液回用前述调料，滤饼后放入高温炉中，升温至900-1100℃固相反应煅烧3-5小时；将煅烧料粉碎至325目，得陶瓷微晶粉体。

本发明采用氧化物与添加剂混合固相反应法首先制得陶瓷微晶粉体，并添加有机物和微量添加物制得低介电ε_r、低损耗tanδ、信号传输高效、高稳定性能优良的微波高频陶瓷基板。在各添加剂的添加范围内都可以获得很好的微波高频低介电低损耗的特性。与现有技术相比，本发明具有如下特点：

①采用V₂O₅、Sb₂O₅协同降低固化温度，综合调控材料的频率温度系数，改善了微波介质陶瓷特性，并与银电极得到较好的共烧匹配；

②本发明的在传统工艺上创新，直接进行高压层压，抽真空，在170-200℃固化温度下，本发明具有较好的微波介电性能：ε_r＝2.22～4.93；Q.f＞4000GHz，损耗tanδ0.001～0.015内；并且基板的性能的一致性，平整度提高，翘曲度减低，耐高温效果显著提高，使基板厚度得到严格保障并符合国际覆铜板标准：GB4723～4725～92、和高精度标准：IPC-4101A级。

③本发明的配方组成不含有镍、钴等重金属成分，符合绿色环保的无污染要求。且符合欧共体最新出台的无铅标准和废旧电器回收标注的RHOS和WEEE的严格标准要求。可以在高频领域产品中应用；能够将产品进行出口到世界的任何国家。

④本发明生产中无排污、滤液可以回用调料，高效率、低浪废；废料可以直接回收再生，使原料浪废大大降低，更具有环保节能的更大优势。

⑤生产本发明的国内原料充足，成本低，可进一步加强扩大和国外进口微波高频板的竞争力，加速国产高频通信产品向高保密性、高传送质量、高信息量传送，要求卫星通信，微波通信和光纤通信必须高频化的发展，和微波高频环保型陶瓷基板大量应用。

具体实施方式：

一种环保型微波介质陶瓷基板，是用陶瓷微晶粉体与聚四氟乙烯粉末(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、玻璃纤维粉、液态环氧树脂和PVA聚乙烯醇溶液原料以及微量阻燃添加物原料：溴化树脂、五氧化二锑(Sb₂O₅)、三氧化二铋(Bi₂O₃)直接混合搅拌均匀呈低稀释团状；经初轧、初烘干、叠层、精轧、双面或双向连续上胶、再烘干、双面或双向连续覆铜箔、裁剪和高压层压；再经抽真空，低温固化，完成制得；

表1给出各实施例原料和生产参数的数据；

表2给出各实施例的性能

表3还给出了陶瓷微晶粉体的几种生产工艺参数

Claims

1.一种环保型微波介质陶瓷基板，是用陶瓷微晶粉体与聚四氟乙烯粉末(PTFE)、聚四氟乙烯(PTFE)乳液、玻璃纤维粉、液态环氧树脂和PVA聚乙烯醇溶液原料以及微量阻燃添加物原料：溴化树脂、五氧化二锑(Sb₂O₅)、三氧化二铋(Bi₂O₃)直接混合搅拌均匀呈低稀释团状；经初轧、初烘干、叠层、精轧、双面或双向连续上胶、再烘干、双面或双向连续覆铜箔、裁剪和10-15MPa高压层压；再经抽真空，170-200℃低温固化50～60分钟，完成制得；其特征在于上述各组分原料的重量百分比是：陶瓷微晶粉体35～44％；聚四氟乙烯粉末14～26％；聚四氟乙烯乳液12～20％；玻璃纤维粉1～5％；液态环氧树脂8～14％；PVA聚乙烯醇溶液5～8％；溴化树脂1～4％；五氧化二锑0.5～2％；三氧化二铋0.5～2％。

2.根据权利要求1所述的环保型微波介质陶瓷基板，其特征在于：所述的的陶瓷微晶粉体是用陶瓷粉末原料经球磨，固相反应煅烧，粉碎所得；其中陶瓷粉末原料中含有的主要组分是：二氧化硅(SiO₂)、氧化镁(MgO)和氧化锌(ZnO)；含有的微量添加物组分是：碳酸钙(CaCO₃)、二氧化钛(TiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、五氧化二钒(V₂O₅)和碳酸锂(LiCO₃)；各组分的重量百分比含量为：二氧化硅35～45％；氧化镁40～55％；氧化锌1～5％；三氧化二铝0.5～5％；碳酸钙0.5～5％；二氧化钛1～4％；五氧化二钒0.5～2％；碳酸锂0.1～5％；将所述各组分经过称量，混合，加水调料至呈稀糊状，放入球磨机的料桶中搅磨6-8小时；将球磨好的浆料压滤，滤液回用前述调料，滤饼后放入高温炉中，升温至900-1100℃固相反应煅烧3-5小时；将煅烧料粉碎至325目，得陶瓷微晶粉体。