CN113024122A - 一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，由重量百分比为30％‑50％的硼硅酸盐玻璃、30％‑55％的SiO2和1％‑15％的析晶控制添加剂组成。本发明还公开了SiO2系高频低介低温共烧陶瓷的制备方法。该陶瓷材料可以在840‑900℃温度下烧结致密，10GHz高频下介电常数为4.0‑4.5，介电损耗小于0.3％。本发明材料可广泛应用于LTCC耦合器、功分器、天线、滤波器等高频元器件的制造。本发明通过引入析晶控制添加剂，有效控制SiO2多晶转变，显著改善陶瓷的表面开裂问题，大大提高了元器件可靠性。
Description
技术领域
本发明属于微波介质陶瓷材料领域，具体涉及一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
低温共烧陶瓷技术(Low-temperature co-firing ceramics，LTCC)是电子封装技术的一种，它通过将多个印有金属图案的陶瓷膜片堆叠共烧，完成电极的空间布线，实现特定的元器件功能，由于采用高导电率低熔点的银或铜做布线，需要对应能在900℃或1000℃以下低温烧结的陶瓷材料与之匹配。LTCC技术因其小型化、集成度高、高性能和高可靠性等特点而广泛应用于各类电子元器件、陶瓷管壳、射频基板和模组等产品中。
在微波技术中，信号的传输速率与材料的介电常数成反比，为了降低信号在传输过程中的延迟，通常希望材料的介电常数越低越好。目前常用的材料介电常数在6-8左右，如Ferro A6-M(介电常数5.9±0.2)，DuPont 951(介电常数7.8)等。但是随着移动通信、无线通信、卫星通讯和导航、电子对抗和雷达等领域技术的迅速发展，微波技术朝着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展，这就要求低温共烧陶瓷具备更低介电常数。
目前介电常数最低的常用陶瓷材料为SiO2。通常结晶SiO2的介电常数在4.0～4.6，介电损耗0.15％，频率温度系数τf在-15ppm/℃左右，烧结温度高达1650℃。而无定型SiO2(熔融石英)的介电常数在3.5-3.8，介电损耗0.008％，文献报道其τf在-10ppm/℃左右，烧结温度一般为1350℃。
结晶SiO2和无定型SiO2都是实现低介材料的理想原料，而无定型SiO2在介电损耗方面更具优势，是低介低温共烧陶瓷材料开发的优选基料。通常可通过引入低熔点玻璃等烧结助剂来制备SiO2系的低温共烧陶瓷材料。专利CN 103011788A利用硼硅酸盐玻璃的低软化点和高纯超细球形石英的低介电常数(5.1)和低膨胀系数(4.6ppm/K)，开发了一种低介低膨胀低温共烧陶瓷材料。专利CN 110903078A利用SiO2为主晶相的SiO2-Li2TiO3复合陶瓷与LBSCA玻璃制得的低温共烧陶瓷，介电常数4.5-5.1。但是以上专利都未披露SiO2晶相种类信息，而在SiO2材料体系中，通常情况下助剂和低熔点玻璃的引入极易起到矿化剂作用，在烧结和降温冷却过程中会促进SiO2的多晶转变，在发生多晶转变的过程中，由于其内部结构发生了变化，伴随着体积的变化(如方石英α-β相转变过程中体积变化高达3.2％)产生较大的应力，往往会在烧结后或者实际应用中出现微裂纹或者开裂现象，在微波元器件制造中可导致产品失效报废或者可靠性失效引起严重的质量问题，这将大大限制SiO2系低温共烧陶瓷材料的应用。
因此如何控制无定型SiO2的多晶转变是制备SiO2系低温共烧陶瓷的关键，华中科技大学硕士论文“添加剂对熔融石英陶瓷析晶和致密化的影响”系统阐述了B4C、B2O3、TiB2等对熔融石英陶瓷析晶性能和烧结性能的影响，发现B4C、B2O3、TiB2可以避免熔融石英的析晶，但是烧结温度高达1350℃以上，无法实现陶瓷材料与Ag等金属的低温共烧。
综上所述，制备SiO2系低温共烧陶瓷的技术路线上比较容易实现，但是如何利用无定型SiO2优异的介电性能并控制其在烧结过程中的多晶转变，避免材料的体积变化造成陶瓷材料开裂是一个亟待解决的难题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，该材料性能较好，且改善了现有陶瓷材料的微裂纹和开裂问题，本发明的第二目的是提供一种高频低介低温共烧陶瓷材料的制备方法。
为了实现上述第一个发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、1％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂选自ZBS玻璃粉、ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种。
作为优选方案，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、3％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及ZBS玻璃粉，且ZBS玻璃粉的重量百分比不低于3％。
作为优选方案，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、0.5％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZBS玻璃粉、ZrO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及TiO2，且TiO2的重量百分比为0.5％-4％。
作为优选方案，所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量百分比的组分构成：60％-80％的SiO2，10％-30％的B2O3，1％-5％的Al2O3和1-12％的碱金属氧化物R2O，上述组分的总和为100％；其中R为K、Na、Li中的至少一种。
作为优选方案，所述的ZBS玻璃包含以下重量百分比的组分：7-30％的SiO2，20-60％的B2O3，40-70％的ZnO，上述组分的总和为100％。
作为优选方案，所述的SiO2为无定型SiO2。
为了实现上述第二个发明的目的，本发明采用以下技术方案：
如上所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
1)硼硅酸盐玻璃、ZBS玻璃制备
按质量百分比：60％-80％的SiO2，10％-30％的B2O3，1％-5％的Al2O3，1-12％的碱金属氧化物R2O，称取SiO2、H3BO3、Al2O3、Li2CO3或者Na2CO3或者K2CO3，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨4-8h，然后烘干，将上述原料粉装入铂金坩埚内，加热到1400-1550℃熔融，保温0.5-2h后倒入水中淬冷，将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的硼硅酸盐玻璃粉体；
按质量百分比：7-30％的SiO2，20-60％的B2O3，40-70％的ZnO，称取SiO2、H3BO3、ZnO，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨4-8h，然后烘干，将上述原料粉装入铂金坩埚内，加热到1050-1300℃熔融，保温0.5-2h后倒入水中淬冷，将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的ZBS玻璃粉体；
2)将质量百分比为30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、1％-15％的析晶控制添加剂混合，以乙醇作为溶剂，球磨15-20h后烘干，得到低温共烧陶瓷粉；
3)将烘干的低温共烧陶瓷粉加入20％-30％的PVA粘结剂进行造粒并干压成型成直径20mm，高度10-12mm的圆块样品，在840-900℃烧结，保温15-60min，即得到SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料。
本发明涉及的SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料主要由无定型SiO2和硼硅酸玻璃组成，可以在840-900℃下低温烧结致密，在10GHz频率下测得的介电常数为4.0-4.5，介电损耗小于0.3％，热膨胀系数为2-4ppm/K，频率温度系数为-21ppm/℃左右，可广泛应用于高频通讯领域的耦合器、功分器、天线、滤波器等LTCC器件的开发和制造。
与现有技术相比，本发明材料具有以下优势：
1.较低的介电常数，并在高频下具有较低的介电损耗；
2.通过引入析晶控制添加剂，可有效地控制SiO2的多晶转变，从而显著改善了烧结后陶瓷的微裂纹和表面开裂问题，规避产品应用中的可靠性风险；
3.本发明的低介电常数LTCC材料具有较小的频率温度系数，在元器件产品应用中，可保证产品在不同使用温度环境下的频率稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1分别为实施例9、13和对比例1的低温共烧陶瓷材料的SEM表面形貌图；
图2别为实施例9、13和对比例1的低温共烧陶瓷材料的表面XRD分析图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用以限定本发明。
实施例1-6
硼硅酸盐玻璃制备：按表1质量配比称取SiO2，H3BO3，Li2CO3，Al2O3，K2CO3作为硼硅酸盐玻璃的原料粉，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨5h后烘干得到原料粉，将原料粉装入铂金坩埚内，置于1450℃的高温电阻炉内熔融、澄清，2h后将澄清的玻璃液快速倒入去离子水中，得到玻璃碎渣。将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的硼硅酸盐玻璃粉。
ZBS玻璃粉的制备：按表1质量配比称取SiO2，H3BO3，ZnO作为ZBS玻璃的原料粉，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨5h后烘干得到原料粉，将原料粉装入铂金坩埚内，置于1100℃的高温电阻炉内熔融、澄清，2h后将澄清的玻璃液快速倒入去离子水中，得到玻璃碎渣。将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的ZBS玻璃粉。
表1
实施例7-16
称取如下表2的硼硅酸盐玻璃、SiO2、析晶控制添加剂的材料组成，以乙醇作为溶剂，锆球作为球磨介质，以材料：乙醇：锆球为1:2:10的比例球磨15-20h后，在80℃的烘箱中烘15h，得到低温共烧陶瓷粉。
表2
| 编号 | 硼硅酸盐玻璃/g | SiO<sub>2</sub>/g | 析晶控制添加剂/g |
| 实施例7 | A：35 | 51 | ZBS(a)：10，AlN：4 |
| 实施例8 | A：40 | 46 | ZBS(c)：10，ZrO<sub>2</sub>：4 |
| 实施例9 | A：45 | 41 | ZBS(a)：10，TiO<sub>2</sub>：4 |
| 实施例10 | B：35 | 51 | ZBS(b)：10，Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>：4 |
| 实施例11 | C：40 | 51 | ZBS(b)：5，结晶SiO<sub>2</sub>：4 |
| 实施例12 | B：33 | 52 | ZBS(a)：10，TiO<sub>2</sub>：4，AlN：1 |
| 实施例13 | B：45 | 51 | TiO<sub>2</sub>：4 |
| 实施例14 | B：45 | 51 | ZrO<sub>2</sub>：4 |
| 实施例15 | B：35 | 55 | ZBS(c)：10 |
| 实施例16 | B：45 | 51 | TiO<sub>2</sub>：2，Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>：2 |
| 对比例17 | B：45 | 55 | —— |
将烘干的低温共烧陶瓷粉加入质量比为20％-30％的PVA粘结剂进行造粒并干压成型成直径20mm，高度10-12mm的圆块样品。在840-900℃烧结，保温15-60min，即得到本发明的低温共烧陶瓷。
表3为本发明实施例测试结果及烧结后表面裂纹情况
表3
由表3可知，相比较对比例1，实施例9-12、16的介电常数小于4.5，在10GHz下介电损耗依然小于0.3％，并且烧结后陶瓷表面致密无裂纹，可满足微波元器件的应用要求。实施例13虽然介电损耗很低只有0.25％左右，但是烧结后表面存在轻微裂纹，存在瓷体开裂和可靠性失效方面的风险。
图1分别为实施例9、13和对比例1的低温共烧陶瓷材料的SEM表面形貌，从图中可以看出，实施例9的基本无表面裂纹，结构更加致密，这大大提高了材料和器件产品的强度和可靠性。图2分别为实施例9、13和对比例1的低温共烧陶瓷材料的表面XRD分析，与SEM表面的形貌对比，方石英(cristobalite)的析晶程度与表面微裂纹存在着很大的关系，本专利通过控制方石英的析晶大大改善了裂纹的产生，防止产品因瓷体开裂而失效报废或者可靠性失效引起严重的质量问题。
以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本发明所属领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、1％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂选自ZBS玻璃粉、ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、3％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZrO2、TiO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及ZBS玻璃粉，且ZBS玻璃粉的重量百分比不低于3％。
3.根据权利要求1所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分构成：30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、0.5％-15％的析晶控制添加剂；上述组分的总和为100％；所述的析晶控制添加剂为ZBS玻璃粉、ZrO2、Y2O3、AlN、结晶SiO2中的至少一种以及TiO2，且TiO2的重量百分比为0.5％-4％。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述的硼硅酸盐玻璃由以下重量百分比的组分构成：60％-80％的SiO2，10％-30％的B2O3，1％-5％的Al2O3和1-12％的碱金属氧化物R2O，上述组分的总和为100％；其中R为K、Na、Li中的至少一种。
5.根据权利要求1～3任一所述的SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述的ZBS玻璃包含以下重量百分比的组分：7-30％的SiO2，20-60％的B2O3，40-70％的ZnO，上述组分的总和为100％。
6.根据权利要求1～3任一所述的SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述的SiO2为无定型SiO2。
7.根据权利要求1所述的一种SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)硼硅酸盐玻璃、ZBS玻璃制备
按质量百分比：60％-80％的SiO2，10％-30％的B2O3，1％-5％的Al2O3，1-12％的碱金属氧化物R2O，称取SiO2、H3BO3、Al2O3、Li2CO3或者Na2CO3或者K2CO3，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨4-8h，然后烘干，将上述原料粉装入铂金坩埚内，加热到1400-1550℃熔融，保温0.5-2h后倒入水中淬冷，将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的硼硅酸盐玻璃粉体；
按质量百分比：7-30％的SiO2，20-60％的B2O3，40-70％的ZnO，称取SiO2、H3BO3、ZnO，将上述组分以无水乙醇作为介质通过湿法球磨4-8h，然后烘干，将上述原料粉装入铂金坩埚内，加热到1050-1300℃熔融，保温0.5-2h后倒入水中淬冷，将得到的玻璃渣进行球磨粉碎，经烘干后得到粒度D50为1.0～3.0μm的ZBS玻璃粉体；
2)将质量百分比为30％-50％的硼硅酸盐玻璃、30％-55％的SiO2、1％-15％的析晶控制添加剂混合，以乙醇作为溶剂，球磨15-20h后烘干，得到低温共烧陶瓷粉；
3)将烘干的低温共烧陶瓷粉加入20％-30％的PVA粘结剂进行造粒并干压成型成直径20mm，高度10-12mm的圆块样品，在840-900℃烧结，保温15-60min，即得到SiO2系高频低介低温共烧陶瓷材料。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113461413A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-01 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 一种ltcc陶瓷材料及其制备方法与应用 |
| CN114573333A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-03 | 嘉兴佳利电子有限公司 | 一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法 |
| CN115057690A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-16 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种ltcc生料带材料、ltcc基板及其制备方法和应用 |
| CN115073171A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-20 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种适用于光固化成型加工的ltcc生料带材料、ltcc基板及其制备方法和应用 |
| CN115259677A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 深圳顺络电子股份有限公司 | 一种超低温烧结低介高导热ltcc介质材料及其制备方法 |
| CN115806390A (zh) * | 2021-09-15 | 2023-03-17 | 浙江矽瓷科技有限公司 | 一种低温共烧陶瓷粉体及其制备方法和应用 |
| CN116462494A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-07-21 | 浙江矽瓷科技有限公司 | 一种成分可控的低温共烧陶瓷造粒粉体的制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116023123B (zh) * | 2023-01-13 | 2023-12-15 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法与应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5079194A (en) * | 1990-10-11 | 1992-01-07 | Aluminum Company Of America | Crystal growth inhibitor for glassy low dielectric inorganic composition |
| US5141899A (en) * | 1991-08-26 | 1992-08-25 | Aluminum Company Of America | Low dielectric inorganic composition for multilayer ceramic package containing titanium silicate glass and crystal inhibitor |
| US5316985A (en) * | 1991-12-09 | 1994-05-31 | Aluminum Company Of America | Suppression of crystal growth in low dielectric inorganic composition using ultrafine alumina |
| US20030096692A1 (en) * | 2001-09-18 | 2003-05-22 | Aem, Inc. | Dense lead-free glass ceramic for electronic devices |
| CN1872753A (zh) * | 2005-05-31 | 2006-12-06 | 电子科技大学 | 微晶玻璃陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102503144A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-06-20 | 河北联合大学 | 含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法 |
| CN109608050A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种高频低介低损耗微晶玻璃/陶瓷系ltcc基板材料及其制备方法 |
| CN110256060A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 嘉兴佳利电子有限公司 | 一种高频低介电常数低温共烧陶瓷材料以及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102863221B (zh) * | 2012-09-20 | 2014-04-16 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 低温共烧介质陶瓷的制备方法、烧结助剂及材料和应用 |
| CN106927792B (zh) * | 2015-12-30 | 2020-01-21 | 上海晶材新材料科技有限公司 | 低介电常数低损耗近零温度系数的ltcc陶瓷材料及制备方法 |
-
2021
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5079194A (en) * | 1990-10-11 | 1992-01-07 | Aluminum Company Of America | Crystal growth inhibitor for glassy low dielectric inorganic composition |
| US5141899A (en) * | 1991-08-26 | 1992-08-25 | Aluminum Company Of America | Low dielectric inorganic composition for multilayer ceramic package containing titanium silicate glass and crystal inhibitor |
| US5316985A (en) * | 1991-12-09 | 1994-05-31 | Aluminum Company Of America | Suppression of crystal growth in low dielectric inorganic composition using ultrafine alumina |
| US20030096692A1 (en) * | 2001-09-18 | 2003-05-22 | Aem, Inc. | Dense lead-free glass ceramic for electronic devices |
| CN1872753A (zh) * | 2005-05-31 | 2006-12-06 | 电子科技大学 | 微晶玻璃陶瓷材料及其制备方法 |
| CN102503144A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-06-20 | 河北联合大学 | 含纳米氧化锌的熔融石英陶瓷材料的制备方法 |
| CN109608050A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种高频低介低损耗微晶玻璃/陶瓷系ltcc基板材料及其制备方法 |
| CN110256060A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 嘉兴佳利电子有限公司 | 一种高频低介电常数低温共烧陶瓷材料以及制备方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113461413A (zh) * | 2021-07-02 | 2021-10-01 | 广东风华高新科技股份有限公司 | 一种ltcc陶瓷材料及其制备方法与应用 |
| CN115806390A (zh) * | 2021-09-15 | 2023-03-17 | 浙江矽瓷科技有限公司 | 一种低温共烧陶瓷粉体及其制备方法和应用 |
| CN114573333A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-03 | 嘉兴佳利电子有限公司 | 一种低介电硅灰石系低温共烧陶瓷材料及其制备方法 |
| CN115259677A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-11-01 | 深圳顺络电子股份有限公司 | 一种超低温烧结低介高导热ltcc介质材料及其制备方法 |
| CN115057690A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-16 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种ltcc生料带材料、ltcc基板及其制备方法和应用 |
| CN115073171A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-20 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种适用于光固化成型加工的ltcc生料带材料、ltcc基板及其制备方法和应用 |
| CN115073171B (zh) * | 2022-06-29 | 2023-08-08 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种适用于光固化成型加工的ltcc生料带材料、ltcc基板及其制备方法和应用 |
| CN116462494A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-07-21 | 浙江矽瓷科技有限公司 | 一种成分可控的低温共烧陶瓷造粒粉体的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
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