CN112679199A

CN112679199A - 一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法

Info

Publication number: CN112679199A
Application number: CN202011579910.1A
Authority: CN
Inventors: 温俊磊; 周世平; 周纪平; 马丹丹; 李武; 裴广斌
Original assignee: Luoyang Zhongchao New Material Shares Co ltd
Current assignee: Luoyang Zhongchao New Material Shares Co ltd
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2021-04-20

Abstract

本发明公开了一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。该低温共烧陶瓷材料是由钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷组成，按质量分数计，钙硼硅铅玻璃为50wt％～70wt％，氧化铝陶瓷为30wt％～50wt％。制备方法包括钙硼硅铅玻璃粉体的制备，复合粉体的制备，以及复合粉体的成型和低温烧结。本发明的低温共烧陶瓷材料具有非常低的介电损耗，在20MHz下测得材料的介电损耗在3×10^‑5～8×10^‑4之间；同时具有非常宽的烧结工艺窗口，在700℃到900℃之间均可以烧结，且烧结致密化程度高，与银浆共烧匹配性好。

Description

一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备领域，涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，具体涉及一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Cofired Ceramics，LTCC)技术是于1982年休斯公司开发的新型材料技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个被动组件(如电容、电感、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中，然后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属，在900℃以下烧结，制成三维空间多层互联的高密度电路，也可制成内置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步将电路小型化与高密度化。LTCC已逐渐成为各类高性能封装材料的主流。

目前制约LTCC技术成功应用的主要问题在于研制满足不同应用需求的LTCC材料。目前已经商品化的LTCC材料主要有三大类——微晶玻璃体系和玻璃陶瓷体系和陶瓷体系，但现有材料体系存在的固有缺点制约了其在电子封装领域的应用。

微晶玻璃体系主要是使非晶状态的玻璃通过成核与结晶化过程，形成致密的晶体和残余玻璃的复合体，其晶体的含量、种类以及复合体的致密化程度影响了材料的介电性能、机械性能等性能。然而，该体系的结晶过程难以控制，随着热处理条件的变化，其性状变化很大。因此，该体系烧结工艺窗口较窄，生产出来的器件的稳定性较差，不利于低成本稳定的大批量生产。专利CN 107602088 A“一种与高温导电银浆高匹配的低温共烧陶瓷材料及其制备方法”中制备的微晶玻璃体系LTCC材料的烧结温度为830～860℃，其烧结工艺窗口过窄。

玻璃陶瓷体系中因为单独的陶瓷无法低温烧成，必须使用低软化点的玻璃作为粘结剂使陶瓷颗粒粘结在一起，陶瓷在烧结时与玻璃形成较好的浸润。普通的低软化点玻璃由于离子极化、分子极化和空间电荷极化引起较大的介电损耗，因此玻璃的引入将恶化材料的介电性能。玻璃陶瓷体系中LTCC材料玻璃相的含量一般不少于50％，所以介电损耗较大。陶瓷体系则是通过添加适量的烧结助剂实现低温烧结，烧结周期较长，其介电性能更适于用于中高介电常数的瓷料。

介电损耗是应用于交流电场中电介质的重要品质指标之一，是指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。介电损耗不但消耗了电能，还造成插入损耗变大，同时影响信号的传输特性，且使元件发热影响其正常工作。如果介电损耗较大，甚至会引起介质的过热而绝缘破坏，所以从这种意义上讲，介电损耗越小越好。

在目前的研究水平下，玻璃陶瓷体系LTCC材料的介电损耗一般较大。DuPont公司的951系列产品采用硼硅酸铅玻璃和氧化铝进行混合，介质损耗为2×10-3；Kumar等(KumarKP,Ramesh R,Seshan K,et al.Liquid-Phase Sintering of Lead Borosilicate Glass-Alumina Composite[J].J Mater Sci Lett,1990,9(6):663-665.)利用组成为63PbO-25B2O3-12SiO2-1.67Al2O3(wt％)的铅硼硅酸盐与55％的氧化铝进行复合，在900～1100℃之间进行烧结，其介电损耗在3×10-3左右；张擎雪等(张擎雪.高密度封装用低温烧结AlN/玻璃复合材料的制备与性能研究[D].上海:中国科学院上海硅酸盐研究所,2002.)研究了组成为PbO-SiO2-B2O3-K2O-Al2O3的铅硼硅酸盐玻璃，烧结温度为900～1000℃，介电损耗为1×10-3。专利CN 104961350 B“一种低温烧结高强度玻璃陶瓷复合基板材料的制备方法”实施例中制备的玻璃陶瓷体系LTCC材料的介电损耗在4.52×10-4～4.97×10-4，但其烧结工艺窗口较窄，为825℃～850℃；专利CN 102093031 B“低软化点玻璃-陶瓷系低温共烧陶瓷材料及其制备方法”实施例中制备的玻璃陶瓷体系LTCC材料的介电损耗在17×10-4～19×10-4，烧结温度为800℃～950℃；专利CN 109734428 A“一种低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法”中制备的LTCC材料的烧结温度为850℃-900℃。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口、烧结致密化程度高、与银浆共烧匹配性好的低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种低温共烧陶瓷材料，所述低温共烧陶瓷材料是由钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷组成，其中，按质量分数计，钙硼硅铅玻璃为50wt％～70wt％，氧化铝陶瓷为30wt％～50wt％。

本发明中，钙硼硅铅玻璃是申请人自制的玻璃，其主要制备原料是碳酸钙、氧化硼、二氧化硅和氧化铅，这四种成分占原料总重的至少60％以上，通常不低于70％，优选不低于80％。其他助剂的含量优选不超过20％。通常的助剂包括碳酸钠，其作为澄清剂；在需要提高化学稳定性和机械强度、改善热稳定性时，可以加入适量氧化铝，其通常不超过10％，优选不超过5％。本领域人员可以根据需要添加少量的其他成分，以赋予玻璃所需的性能。

在本发明的一种具体实施方式中，钙硼硅铅玻璃以质量计包含以下成分：

作为优选，钙硼硅铅玻璃进一步包含0.2～1％的Fe₂O₃，其可以进一步降低介电损耗。

作为优选，本发明中使用的氧化铝陶瓷为D₅₀为1～3μm的球形氧化铝。

本发明还提供一种低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

1、钙硼硅铅玻璃粉体的制备：将碳酸钙、氧化硼、熔融石英粉、氧化铅、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、氧化镁等原料按上述比例混合均匀，然后升温一定温度，进行保温熔炼，保温结束后，立即倒入去离子水中，水淬形成玻璃渣，将其球磨、过筛后，得到钙硼硅铅玻璃粉体；

2、复合粉体的制备：将步骤1中所得钙硼硅铅玻璃粉体和氧化铝陶瓷粉体进行球磨混合，经烘干、过筛后，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体；

3、复合粉体的成型：将步骤2中得到的复合粉体进行造粒，然后压制成型，得到坯体；

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体先进行排胶，然后升温至一定温度进行保温烧结，然后自然冷却至室温。

上述制备方法中，作为优选，步骤1中的加热升温速率为5℃/min～15℃/min；熔炼保温温度为1300℃～1500℃；熔炼保温时间为1h～4h；所述球磨时间为10h～30h；过筛是指过300目筛。

作为优选，步骤2中，氧化铝陶瓷粉为粒径为1um～3um的球形氧化铝，其纯度大于99％；球磨时间为30min～2h；烘干是在温度为100℃～150℃的鼓风干燥箱中干燥；过筛指过300目筛；

作为优选，步骤3中，造粒是采用1％～6％的PVA水溶液；压制成型的压力为130MPa～180MPa，保压时间为0.5min～2min。

作为优选，步骤4中的排胶温度为450℃～500℃，所述排胶时间为1h～3h；烧结温度为700℃～900℃，所述保温烧结的时间为0.5h～2h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明提供的LTCC材料与现有材料相比，介电损耗低，为3×10^-5～8×10^-4之间，可以满足高频高速电路对材料的要求。

2、本发明提供的LTCC材料具有烧结温度范围宽的优势，其烧结温度在700℃到900℃之间均可以烧结，实现致密化。

3、本发明提供的LTCC材料可以与银浆共烧，匹配性良好。

4、本发明涉及的材料均为常见的无机材料，成本低廉，涉及的制备方法操作简单、易于实施，有利于大规模推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为实施例1中烧结坯片表面的扫描电镜(SEM)图；

图2为实施例2中烧结坯片表面的SEM图；

图3为实施例1中坯片与银共烧后截面的SEM图；

图4为实施例2中坯片与银共烧后截面的SEM图。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明做进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占58wt％，氧化铝陶瓷占42wt％。其中钙硼硅铅玻璃主要由以下质量百分分数的化合物组成：

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以10℃/min的升温速率升温至1350℃，保温熔炼2h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨15h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为58％：42％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨1h，在鼓风干燥箱中105℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为5％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为150MPa，保压1min，得到尺寸为φ16.10mm×3.12mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于450℃排胶1.5h，然后在700℃下进行保温0.5h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料的介电常数为7.804，介电损耗为1.62×10^-4。图1是所得烧结坯片的扫描电镜图，可见其致密的质地。图3为该坯片涂上一层银浆共烧后截面的SEM图，图中显示银层与坯片之间没有任何空隙或者裂缝。

实施例2

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以5℃/min的升温速率升温至1400℃，保温熔炼1h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨20h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为58％：42％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨1.5h，在鼓风干燥箱中110℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为2％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为130MPa，保压1.5min，得到尺寸为φ16.13mm×3.30mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于470℃排胶2h，然后在900℃下进行保温1h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料在20MHz下测得的介电常数为9.056，介电损耗为5.28×10^-4。图2是所得烧结坯片的扫描电镜图，可见其致密的质地。图4为该坯片涂上一层银浆共烧后截面的SEM图，图中显示银层与坯片之间没有任何空隙或者裂缝。

实施例3

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占58wt％，氧化铝陶瓷占42wt％。

本实施例中钙硼硅铅玻璃的组成成分和实施例2中的一样。

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以8℃/min的升温速率升温至1450℃，保温熔炼1.5h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨25h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为58％：42％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨2h，在鼓风干燥箱中120℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为4％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为160MPa，保压2min，得到尺寸为φ16.11mm×3.16mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于490℃排胶3h，然后在840℃下进行保温2h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料在20MHz下测得的介电常数为9.368，介电损耗为7.93×10^-4。

实施例4

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占62.5wt％，氧化铝陶瓷占37.5wt％。其中钙硼硅铅玻璃主要由以下质量百分分数的化合物组成：

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以12℃/min的升温速率升温至1500℃，保温熔炼3h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨10h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为62.5％：37.5％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨2h，在鼓风干燥箱中150℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为6％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为180MPa，保压0.5min，得到尺寸为φ16.10mm×3.08mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于500℃排胶1h，然后在730℃下进行保温1h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料在20MHz下测得的介电常数为9.270，介电损耗为6.1×10^-5。

实施例5

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占55wt％，氧化铝陶瓷相陶瓷占45wt％。。其中钙硼硅铅玻璃主要由以下质量百分分数的化合物组成：

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以15℃/min的升温速率升温至1450℃，保温熔炼3h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨26h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为55％：45％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨2h，在鼓风干燥箱中110℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为2％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为150MPa，保压2min，得到尺寸为φ16.12mm×3.12mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于450℃排胶2h，然后在850℃下进行保温1h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料的介电常数为7.922，介电损耗为3.0×10^-5。

实施例6

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占60wt％，氧化铝陶瓷相陶瓷占40wt％。

本实施例中钙硼硅铅玻璃的组成成分和实施例5中的一样。

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以10℃/min的升温速率升温至1400℃，保温熔炼2h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨20h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为60％：40％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨2h，在鼓风干燥箱中110℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为5％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为160MPa，保压1min，得到尺寸为φ16.14mm×3.20mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于480℃排胶2h，然后在880℃下进行保温1.5h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料在20MHz下测得的介电常数为7.503，介电损耗为3.27×10^-4。

实施例7

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占55wt％，氧化铝陶瓷相陶瓷占45wt％。其中钙硼硅铅玻璃主要由以下质量百分分数的化合物组成：

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以8℃/min的升温速率升温至1500℃，保温熔炼2h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨10h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为55％：45％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨1h，在鼓风干燥箱中150℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为3％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为140MPa，保压1min，得到尺寸为φ16.11mm×3.21mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于460℃排胶1h，然后在880℃下进行保温1.5h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料的介电常数为7.942，介电损耗为1.15×10^-4。

实施例8

本实施例的低温共烧陶瓷材料中，钙硼硅铅玻璃占58wt％，氧化铝陶瓷相陶瓷占42wt％。其中钙硼硅铅玻璃主要由以下质量百分分数的化合物组成：

本实施例的低温共烧陶瓷材料主要通过以下步骤制备得到：

1、钙硼硅铅玻璃的制备：按照上述质量百分比进行称量原料，并混合均匀，所有原料的纯度都大于99％。将混合均匀的原料置于铂金坩埚中，然后放置于高温熔炼炉中，从室温以5℃/min的升温速率升温至1300℃，保温熔炼4h，得到均匀的玻璃液。在保温结束的时候，立即在高温状态下将玻璃液迅速倒入盛有去离子水的不锈钢桶里，玻璃液经过急冷形成玻璃渣。将得到的玻璃渣置于玛瑙球磨罐中，以无水乙醇为介质，采用行星球磨机球磨16h后出料烘干，得到钙硼硅铅玻璃。

2、复合粉体的制备：将步骤1中得到的钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷粉体按照质量百分比为58％：42％置于玛瑙球磨罐中进行混合，以水作为球磨介质，采用球磨机球磨1h，在鼓风干燥箱中120℃干燥，然后过300目筛，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体。

3、复合粉体的成型：向步骤2中得到的钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体中加入质量分数为1％的PVA水溶液进行造粒。造粒完成后，取适量造粒粉在磨具中压坯，调整压机的压力为130MPa，保压1min，得到尺寸为φ16.13mm×3.28mm的圆柱形坯体。

4、低温烧结：将步骤3中得到的坯体至于马弗炉中于480℃排胶3h，然后在800℃下进行保温2h，然后自然冷却至室温，得到烧结的坯片，用于后续性能检测。

本实施例制备出的低温共烧陶瓷材料在20MHz下测得的介电常数为7.408，介电损耗为6.85×10^-4。

表1实施例1-8中采用的主要工艺参数及制备的LTCC材料介电性能

由表1可知，本发明的低温共烧陶瓷材料的介电常数在7.5～9.4范围内，可通过工艺条件的调整调节介电常数，介电损耗均小于8.0×10^-4，优异的品质因素使其成为高密度封装的理想材料。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应指出，对于本技术的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改性，也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种低介电损耗、宽烧结工艺窗口的低温共烧陶瓷材料，其特征在于：该低温共烧陶瓷材料由钙硼硅铅玻璃和氧化铝陶瓷组成，按质量分数计，钙硼硅铅玻璃为50wt％～70wt％，氧化铝陶瓷为30wt％～50wt％。

2.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述钙硼硅铅玻璃的制备原料以质量计主要由下述成分组成：

3.根据权利要求2所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述钙硼硅铅玻璃的制备原料进一步包含0.2％～1％的Fe₂O₃。

4.一种低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)钙硼硅铅玻璃粉体的制备：按权利要求2所列的配比将各原料混合均匀，然后升温熔炼，将熔炼后的玻璃液水淬成玻璃渣，再经球磨，得到钙硼硅铅玻璃粉体；

(2)复合粉体的制备：将步骤(1)中所得钙硼硅铅玻璃粉体和氧化铝陶瓷粉体进行球磨混合，经烘干、过筛后，得到钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体；

(3)复合粉体的成型：将步骤(2)中得到的复合粉体进行造粒，然后压制成型，得到坯体；

(4)低温烧结：将步骤(3)中得到的坯体先进行排胶，然后升至一定温度进行保温烧结，随后自然冷却至室温。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热升温速率为5℃/min～15℃/min；所述熔炼保温温度为1300℃～1500℃；所述熔炼保温时间为1h～4h；所述球磨时间为10h～30h；所述过筛是指过300目筛。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钙硼硅铅玻璃占所述钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体的质量分数为50wt％～70wt％，所述氧化铝陶瓷粉占所述钙硼硅铅玻璃/氧化铝复合粉体的质量分数为30wt％～50wt％。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化铝陶瓷粉粒径D₅₀为1um～3um的球形氧化铝，其纯度大于99％；所述球磨时间为30min～2h；所述烘干是指在温度为100℃～150℃的鼓风干燥箱中干燥；所述过筛指过300目筛。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述造粒采用1％～6％的聚乙烯醇(PVA)水溶液；所述的压制成型压力为130MPa～180MPa，保压时间为0.5min～2min。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述排胶温度为450℃～500℃，所述排胶时间为1h～3h；所述烧结温度为700℃～900℃，所述保温烧结的时间为0.5h～2h。