CN114573235A - 一种高强度低损耗温度稳定型ltcc介质材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料及其制备方法,该LTCC介质材料以质量分数计算，包括a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca‑Mg‑Si玻璃，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100。该LTCC介质材料是一种介电常数12～16之间，低损耗、温度稳定型、高强度的LTCC材料；所述的LTCC材料可实现≤900℃烧结致密，介电常数为12～16范围连续可调，低的介电损耗：≤千分之0.9，近零的频率温度系数：‑10～+10ppm/℃，高的弯曲强度不低于220MPa。该LTCC介质材料生产成本低、制备工艺简单，可应用于LTCC工艺的多层介质谐振器、微波天线、滤波器等器件。

Description

一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电子信息功能陶瓷领域，特别是涉及一种LTCC介质材料及其制备方法。
背景技术
低温共烧陶瓷(LTCC)技术是上世纪80年代中期发展起来的一种新型多层基板工艺技术，烧结温度一般在900℃以下，可与Ag实现共烧。低温共烧技术的出现使得微波元器件朝着小型化、高频化、高可靠性方向快速发展。对LTCC介质材料主要的性能要求为：合适的介电常数，低的介电损耗，近零的频率温度系数，高的抗弯强度等。
MgTiO3系陶瓷材料原料丰富、成本低廉，是一种良好的微波介质材料，具有良好介电性能，介电常数约17、介电损耗约1×10-4。但MgTiO3陶瓷频率温度系数为-55ppm/℃，需要调节其温度系数达到近零，才能提高器件的稳定性。另外，MgTiO3陶瓷烧结温度非常高，达到了1400℃，而Ag的熔点仅为961℃，不能直接与Ag等低熔点金属实现共烧，这也导致其无法在LTCC技术中应用。
文献《董丽,董桂霞,张茜.MgTiO3-CaTiO3系微波陶瓷介电性能的研究[J].粉末冶金技术,2015,33(04):243-247》报道：通过加入7％mol CaTiO3能将温度系数改善至0.65ppm/℃，但烧结温度仍然高达1400℃。
CN112573914A公开了一种降低MgTiO3陶瓷烧结温度方法，即加入Li2CO3-SiO2助烧剂，烧结温度能小幅降低，但仍然到达1100～1250℃，无法应用在LTCC材料中。文献《Xiaohui,L.U.,et al."Study on low-temperature sintering of 0.95MgTiO3-0.05CaTiO3 microwave dielectric ceramics."Electronic Components and Materials(2010).》报道，用BaCu(B2O5)与ZnO组合助烧剂，可实现1050℃下烧结，尽管如此，要实现与Ag共烧仍然有一定距离。
可见，改善MgTiO3陶瓷温度系数，降低烧结温度，是拓展其在LTCC技术中的应用需要解决的技术问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料及其制备方法,以实现一种介电常数12～16之间，低损耗、温度稳定型、高强度LTCC材料。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料，为玻璃陶瓷复合体系材料，以质量分数计算，包括a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100。
进一步地：
所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3的粒度为0.5～5μm。
所述的Ca-Mg-Si玻璃的原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。
一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，包括以下步骤：
1)以质量分数计算，称取a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃进行配料，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100；
2)将按比例称量MgTiO3陶瓷粉、CaTiO3陶瓷粉、TiO2、Al2O3以及Ca-Mg-Si玻璃进行球磨混合均匀，经烘干后得到LTCC瓷粉；加入粘合剂造粒，压制，经排胶，烧结得到高强度低损耗温度稳定型LTCC材料。
进一步地：
步骤2)中：以水为溶剂，将所述配料经行星球磨6～12h，浆料粒度控制D50为0.5～2μm，然后烘干得到LTCC瓷粉；在所述瓷粉加入PVA粘合剂造粒，经压制成型，然后在500℃排胶，850～900℃空气气氛烧结得到所述高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料。
所述的MgTiO3陶瓷粉采用如下制备方法制备，包括：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，优选加入锆球和水，经行星球磨混合；烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的MgTiO3陶瓷粉。
所述的CaTiO3陶瓷粉采用如下制备方法制备，包括：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，优选加入锆球和水，经行星球磨混合；烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的CaTiO3陶瓷粉。
所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3粒度为0.5～5μm。
所述的Ca-Mg-Si玻璃的原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。
所述的Ca-Mg-Si玻璃采用如下制备方法制备，包括：按照质量比32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3称量各原料，加入锆球和水，球磨混合，烘干后在1300～1500℃熔制2～3h形成玻璃液，将玻璃液倒入去离子水中淬冷得到玻璃碎块，再磨细得到粒度D50为1～5μm的Ca-Mg-Si玻璃粉。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种MgTiO3-CaTiO3-CaMgSi玻璃复合体系LTCC材料及其制备方法，获得了一种介电常数12～16之间，低损耗、温度稳定型、高强度LTCC材料；所述的LTCC材料可实现≤900℃烧结致密，介电常数为12～16范围连续可调，低的介电损耗：≤千分之0.9，近零的频率温度系数：-10～+10ppm/℃，高的弯曲强度不低于220MPa。另外，本发明的LTCC材料制备方法生产成本低、制备工艺简单。本发明的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料可应用于LTCC工艺的多层介质谐振器、微波天线、滤波器等器件。
附图说明
图1是本发明LTCC陶瓷材料的制备方法流程示意图。
图2是本发明实施例5制备的LTCC材料与Ag电极材料匹配共烧界面SEM图。
图3是本发明实施例5制备的LTCC材料制备的样品电镀后外观照片。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例提供一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料，为玻璃陶瓷复合体系材料，包括的陶瓷粉有：MgTiO3、CaTiO3、TiO2、Al2O3；包括的玻璃为Ca-Mg-Si玻璃。具体而言，所述的LTCC介质材料以质量分数计算，包括a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100。
在优选的实施例中，所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3的粒度为0.5～5μm。
在优选的实施例中，所述的Ca-Mg-Si玻璃的原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。
参阅图1，本发明实施例还提供一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，包括以下步骤：
1)以质量分数计算，称取a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃进行配料，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100。
2)将按比例称量MgTiO3陶瓷粉、CaTiO3陶瓷粉、TiO2、Al2O3以及Ca-Mg-Si玻璃进行球磨混合均匀，经烘干后得到LTCC瓷粉；加入粘合剂造粒，压制，经排胶，烧结得到高强度低损耗温度稳定型LTCC材料。
在优选的实施例中，步骤2)中以水为溶剂，将所述配料经行星球磨6～12h，浆料粒度控制D50粒度为0.5～2μm，然后烘干得到LTCC瓷粉；在所述瓷粉加入PVA粘合剂造粒，经压制成型，然后在500℃排胶，850～900℃空气气氛烧结得到高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料。
在优选的实施例中，所述的MgTiO3陶瓷粉的制备包括以下步骤：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的MgTiO3陶瓷粉。
具体而言，所述的MgTiO3陶瓷粉，采用如下制备方法：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量，加入锆球和水，经行星球磨混合，烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的MgTiO3陶瓷粉。
在优选的实施例中，所述的CaTiO3陶瓷粉的制备包括以下步骤：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的CaTiO3陶瓷粉。
具体而言，所述的CaTiO3陶瓷粉，采用如下制备方法：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量，加入锆球和水，经行星球磨混合，烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的CaTiO3陶瓷粉。
在优选的实施例中，所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3粒度为0.5～5μm。
在优选的实施例中，所述的Ca-Mg-Si玻璃原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。其中SiO2、B2O3是玻璃网络结构体，CaO、MgO、ZnO起到降低熔点作用，BaO、Y2O3起到调节改善性能作用，Al2O3起到提高玻璃稳定性作用。
在优选的实施例中，Ca-Mg-Si玻璃的制备包括以下步骤：按照质量比32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3(分析纯，≥99.9％)称量各原料，加入锆球和水，球磨混合，烘干后装入坩埚中，在1300～1500℃熔制2～3h形成玻璃液，将玻璃液倒入去离子水中淬冷得到玻璃碎块，再磨细得到1～5μm的Ca-Mg-Si玻璃粉。
进一步的，所述Ca-Mg-Si玻璃的制备工艺包括：将玻璃各组分按照上述比例配料，经行星球磨混合、烘干后得到均匀粉体，装入刚玉莫来石坩埚中在1300～1500℃熔制2小时形成玻璃液，然后将玻璃液迅速倒入水中淬冷，形成碎玻璃，再磨细得到粒度D50为1～5μmCa-Mg-Si玻璃粉。
与传统技术相比，本发明的优势具体体现在如下方面：
本发明提供的LTCC材料实现了MgTiO3作为主晶相陶瓷的低温烧结。本发明提供的LTCC材料具有低的烧结温度、优良的介电性能及力学性能，具体为：能实现850～900℃烧结致密，与Ag共烧相容性好，介电常数在12～16范围，损耗≤千分0.9，频率温度系数在-10～+10ppm/℃，弯曲强度不低于220Mpa。本发明的LTCC材料生产成本低、制备工艺简单，采用的MgTiO3、CaTiO3陶瓷以及Ca-Mg-Si玻璃使用到的原材料价格低廉、储量丰富，有利于低成本工业化生产。
以下进一步描述本发明的具体实施例及其优点。
实施例1
一种高强度低损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法，按照如下步骤进行：
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：36％SiO2，24％CaCO3，16％MgO，12％BaCO3，5％B2O3，4％ZnO，2％Al2O3，1％Y2O3，熔制温度1400℃，保温2h，淬冷后，磨细至2.5μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1200℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1200℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取58％的Ca-Mg-Si玻璃，32％的MgTiO3，8％的CaTiO3，1％的TiO2，1％的Al2O3进行配料，经行星球磨8h，浆料粒度控制D50为1.0μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，875℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。
5)用谐振腔法测试圆柱状烧结体的介电性能(@9GHz)，用三点抗弯测试长条状烧结体的弯曲强度，测试结果显示介电常数为12.3，介电损耗为千分之0.9，频率温度系数为-9.7ppm/℃，弯曲强度为220MPa。
实施例2
一种高强度低损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法，按照如下步骤进行：
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：36％SiO2，24％CaCO3，16％MgO，12％BaCO3，5％B2O3，4％ZnO，2％Al2O3，1％Y2O3，熔制温度1400℃，保温2h，淬冷后，磨细至2.5μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1200℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1200℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取48％的Ca-Mg-Si玻璃，40％的MgTiO3，9.5％的CaTiO3，1.5％的TiO2，1.0％的Al2O3进行配料，经行星球磨8h，浆料粒度控制D50为1.0μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，875℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。性能结果详见表1。
实施例3
一种高强度低损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法，按照如下步骤进行：
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：38％SiO2，24％CaCO3，15％MgO，14％BaCO3，3％B2O3，3.5％ZnO，1％Al2O3，1.5％Y2O3熔制温度1450℃，保温2h，淬冷后，磨细至3μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1150℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2.0μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1150℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度1.5μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取55％的Ca-Mg-Si玻璃，35％的MgTiO3，6.0％的CaTiO3，2.5％的TiO2，1.5％的Al2O3进行配料，经行星球磨6h，浆料粒度控制D50为1.5μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，900℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。性能结果详见表1。
实施例4
一种高强度低损耗LTCC陶瓷材料及其制备方法，按照如下步骤进行：
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：38％SiO2，24％CaCO3，15％MgO，14％BaCO3，3％B2O3，3.5％ZnO，1％Al2O3，1.5％Y2O3熔制温度1450℃，保温2h，淬冷后，磨细至3μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1150℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度2.0μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1150℃煅烧，煅烧时间2h，再经球磨得到粒度1.5μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取52.5％的Ca-Mg-Si玻璃，34.5％的MgTiO3，8.0％的CaTiO3，3.5％的TiO2，1.5％的Al2O3进行配料，经行星球磨6h，浆料粒度控制D50为1.5μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，900℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。性能结果详见表1。
实施例5
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：37％SiO2，22％CaCO3，18％MgO，13％BaCO3，4％ZnO，2％Al2O3，1.5％Y2O3，2.5％B2O3，熔制温度1500℃，保温2h，淬冷后，磨细至1.5μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100℃煅烧，煅烧时间3h，再经球磨得到粒度1.0μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100℃煅烧，煅烧时间3h，再经球磨得到粒度1.0μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取52.5％的Ca-Mg-Si玻璃，33.5％的MgTiO3，8.0％的CaTiO3，3.5％的TiO2，2.5％的Al2O3进行配料，经行星球磨12h，浆料粒度控制D50为0.8μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，900℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。性能结果详见表1。
实施例6
1)Ca-Mg-Si玻璃粉制备：以质量百分数计按如下组分混料：37％SiO2，22％CaCO3，18％MgO，13％BaCO3，4％ZnO，2％Al2O3，1.5％Y2O3，2.5％B2O3，熔制温度1500℃，保温2h，淬冷后，磨细至1.5μm。
2)MgTiO3陶瓷制备：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100℃煅烧，煅烧时间3h，再经球磨得到粒度1.0μm的MgTiO3陶瓷粉。
3)CaTiO3陶瓷制备：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，烘干破碎过筛后，在1100℃煅烧，煅烧时间3h，再经球磨得到粒度1.0μm的CaTiO3陶瓷粉。
4)以质量分数计算，称取55％的Ca-Mg-Si玻璃，30％的MgTiO3，7.0％的CaTiO3，4.5％的TiO2，3.5％的Al2O3进行配料，经行星球磨12h，浆料粒度控制D50为0.8μm，然后烘干，加入PVA造粒，压制，在500℃排胶，900℃烧结得到高强度低损耗LTCC陶瓷材料。性能结果详见表1。
从表1中实施例1～6性能可以看出，本发明所述的LTCC材料，可实现介电常数12～16范围连续可调，且介电损耗低为千分之0.9以下，频率温度系数小为-10～+10ppm/℃，强度较高，大于220MPa。优选实施例5，可制备得到介电常数为14.2，损耗为千分之0.7，频率温度系数为0.6ppm/℃，抗弯强度达到261MPa的高强度低损耗温度稳定型LTCC材料。
将实施例5中所述的Ca-Mg-Si玻璃与MgTiO3等陶瓷粉混合均匀后得到LTCC粉料，加入甲苯溶剂、BYK分散剂、PVB粘合剂、增塑剂、消泡剂进行球磨制浆，浆料经流延得到生带，再经开孔、印刷、叠层、切割、排胶烧结、倒角、沾银烧银、电镀等工序，验证所述材料与Ag共烧的匹配性及电镀耐腐蚀性能。
图2为实施例5制备的LTCC介质材料与Ag共烧后的产品切片SEM形貌，从图中可以看出，LTCC介质材料烧结致密，陶瓷介质层与Ag层界面清晰，结合良好无开裂，表明所制备的LTCC材料能实现与Ag浆的共烧匹配。
图3为实施例5制备的LTCC材料制作的样品电镀后外观照片，可以看出外观良好，陶瓷体无腐蚀，表明所制备的LTCC材料耐电镀性能良好。
对比例1
对比例1与实施例5区别在于玻璃和陶瓷的组分差异，对比例1为Ca-Mg-Si玻璃与MgTiO3按50:50质量比复合，从表1性能结果可以看出，对比例1虽然也能实现千分之1.2较低的介电损耗，但其频率温度系数偏负，为-46ppm/℃，温度稳定性差。
对比例2
对比例2与实施例5区别在于玻璃和陶瓷的组分差异，对比例2组分为70％的Ca-Mg-Si玻璃，21％的MgTiO3，5.5％的CaTiO3，2.5％的TiO2，1％的Al2O3，从表1结果可见，对比例2介电损耗增加到千分之2.5。
由实施例1～6和对比例1、2的结果对比可知，本发明实施例1～6，可实现介电常数12～16介电常数，较低的损耗(≤千分之0.9)，近零的频率温度系数(-10～+10ppm/℃)，微波介电性能优异的同时，还具有较高的强度(＞220MPa)，与Ag共烧匹配良好，耐电镀腐蚀，可应用于LTCC工艺的多层介质谐振器、微波天线、滤波器等器件。
表1为实施例1～6、对比例1～2的组分及其性能测试数据
Figure BDA0003487083940000101
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料，其特征在于，为玻璃陶瓷复合体系材料，以质量分数计算，包括a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100。
2.如权利要求1所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料，其特征在于，所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3的粒度为0.5～5μm。
3.如权利要求1或2所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料，其特征在于，所述的Ca-Mg-Si玻璃的原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。
4.一种高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，包括以下步骤：
1)以质量分数计算，称取a份MgTiO3，b份的CaTiO3，c份的TiO2，d份的Al2O3，e份的Ca-Mg-Si玻璃进行配料，其中，a为25～40，b为5～12，c为1～5，d为1～4，e为45～60，且a+b+c+d+e＝100；
2)将按比例称量MgTiO3陶瓷粉、CaTiO3陶瓷粉、TiO2、Al2O3以及Ca-Mg-Si玻璃进行球磨混合均匀，经烘干后得到LTCC瓷粉；加入粘合剂造粒，压制，经排胶，烧结得到高强度低损耗温度稳定型LTCC材料。
5.如权利要求4所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中：以水为溶剂，将所述配料经行星球磨6～12h，浆料粒度控制D50为0.5～2μm，然后烘干得到LTCC瓷粉；在所述瓷粉加入PVA粘合剂造粒，经压制成型，然后在500℃排胶，850～900℃空气气氛烧结得到所述高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料。
6.如权利要求4或5所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，所述的MgTiO3陶瓷粉采用如下制备方法制备，包括：按照MgO：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，优选加入锆球和水，经行星球磨混合；烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的MgTiO3陶瓷粉。
7.如权利要求4至6任一项所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，所述的CaTiO3陶瓷粉采用如下制备方法制备，包括：按照CaCO3：TiO2为1：1的摩尔比称量混合，优选加入锆球和水，经行星球磨混合；烘干破碎过筛后，在1100～1200℃煅烧，煅烧时间2～6h，再经球磨得到粒度0.5～2μm的CaTiO3陶瓷粉。
8.如权利要求4至7任一项所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，所述的TiO2为金红石型结构，粒度0.5～5μm；所述Al2O3粒度为0.5～5μm。
9.如权利要求4至8任一项所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，所述的Ca-Mg-Si玻璃的原料组分以质量百分数计包括：32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3。
10.如权利要求9所述的高强度低损耗温度稳定型LTCC介质材料的制备方法，其特征在于，所述的Ca-Mg-Si玻璃采用如下制备方法制备，包括：按照质量比32％～38％SiO2，20％～25％CaCO3，12％～18％MgO，12％～14％BaCO3，1％～5％B2O3，2％～4％ZnO，1％～2％Al2O3，1％～2％Y2O3称量各原料，加入锆球和水，球磨混合，烘干后在1300～1500℃熔制2～3h形成玻璃液，将玻璃液倒入去离子水中淬冷得到玻璃碎块，再磨细得到粒度D50为1～5μm的Ca-Mg-Si玻璃粉。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1435390A (zh) * 2002-01-28 2003-08-13 京瓷株式会社 介电陶瓷组合物和介电陶瓷
CN104803681A (zh) * 2015-04-20 2015-07-29 天津大学 一种新型低温烧结低介电常数微波介质陶瓷材料
CN108516825A (zh) * 2018-05-11 2018-09-11 深圳顺络电子股份有限公司 一种低介电微波介质陶瓷材料及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1435390A (zh) * 2002-01-28 2003-08-13 京瓷株式会社 介电陶瓷组合物和介电陶瓷
CN104803681A (zh) * 2015-04-20 2015-07-29 天津大学 一种新型低温烧结低介电常数微波介质陶瓷材料
CN108516825A (zh) * 2018-05-11 2018-09-11 深圳顺络电子股份有限公司 一种低介电微波介质陶瓷材料及其制备方法

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