CN1524826A - 氧化物陶瓷材料、陶瓷基片、陶瓷层压设备和功率放大器模块 - Google Patents
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Abstract
提供了一种氧化物陶瓷材料，其含有氧化铝作为主要组分，并且含有下面所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：A：氧化铌和氧化铜，B：氧化铜、氧化钛和氧化银。由此可以提供一种在低温下具有可烧结性并具有高的导热率的氧化物陶瓷材料，本发明还提供了使用该氧化物陶瓷材料的陶瓷基片、陶瓷层压设备和功率放大器模块。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有矾土(氧化铝，Al2O3)作为主要组分的氧化物陶瓷材料、使用这种材料并在其中包含导体的多层陶瓷基片、一种陶瓷层压设备、和一种使用这种材料的功率放大器模块。
背景技术
其上安装有半导体集成电路(IC)的多层布线基片被粗分成主要由有机材料(如玻璃环氧树脂)制成的有机基片和主要由陶瓷(如矾土或玻璃)制成的无机基片。无机基片已被广泛使用，其特征通常是高的耐热性、高的导热率、低的热膨胀性、低的介电损失、和高的可靠性。
这些无机多层基片被粗分成HTCC(高温共烧陶瓷)型和LTCC(低温共烧陶瓷)型。HTCC型是使用Al2O3、AlN、BeO、SiC-BeO等作为基材形成的。这些陶瓷材料是通过将粉状生料模压，之后在1500℃或以上的高温下将其烧结制成的。因此，作为在多层基片中形成的导体材料，使用具有高熔点的Mo或W，但是Mo和W作为导体具有电阻高的缺陷。另一方面，电阻低的Ag和Cu熔点低，因此在高温下烧结时熔融。因此它们都不能用作布线导体用于HTCC型基片。而且，1500℃或以上的烧结温度使得能量损失大。
然后，通过将例如矾土的陶瓷材料改性以便在Ag和Cu不熔融的低温下具有烧结性，得到一基片；即，LTCC型基片。该LTCC型基片是通过将大量低熔点的玻璃材料以约50重量％的比例混入陶瓷材料中对其进行改性，从而获得具有低温烧结性的陶瓷材料，并且该材料组合物的实例例如包括硼硅酸盐铅玻璃+矾土、硼硅酸盐玻璃+堇青石、和其它各种组合物。它们可以在1000℃或以下的温度下烧结，因此它们可以使用电阻低的Ag或Cu作为内部导体。因此，与HTCC型相比，作为无机多层基片，已广泛使用LTCC型。LTCC材料能够容易地在其中形成电容器、感应器等，并且也可以用作具有除布线基片之外的其它功能的陶瓷层压设备。然而，由于玻璃具有低的导热率和低的机械强度，因此含有大量的这种玻璃的LTCC材料失去了优异的特性，例如矾土最初具有的高的导热率和高的机械强度。
当基片的导热率降低时，在安装热辐射元件如功率放大器的情况下，由于热辐射低，因此温度升高大，由此使得该元件不能使用。尤其在强烈需要小型化的便携式机器中，这种趋势尤为明显。为了解决该问题，使用一种在安装的元件下面在一部分LTCC材料内形成由金属导体制成的热辐射通路，即所谓的热通路的方案。然而，由于安装密度随着进一步小型化而增加，因此提供热通路将降低设计的自由度，由此阻碍该小型化。
作为在不使用玻璃的情况下使烧结温度降低的矾土基料，公开了一种通过快速冷却接着氧化以无定形状态形成的铝铋合金(下面称之为专利文献1)和一种通过将氧化锰和氧化钒一起加入到矾土中获得的材料(下面称之为专利文献2)。
专利文献1：JP 3(1991)-271115A
专利文献2：JP 11(1999)-157921A
然而，存在以下问题。通过将铝铋合金氧化之后将其快速冷却而获得的无定形氧化物呈现一种特定形式，这样以来铋以固体溶液形式溶解在矾土中，或者作为必要组分的铋以及另一元素以固体溶液形式溶解在矾土中。此外，作为制备方法，它们不能通过仅将材料粉末混合，并将其模压和烧结的常规陶瓷方法制得，其模压需要同时施加温度和压力。因此，其加工方法不适合批量生产。另一方面，通过将氧化锰和钒加入到矾土中获得的材料，由于加入的材料是有毒物料并且其加入量为百分之几，不是少量，因此涉及环境问题。而且，由于氧化钒与银的反应性高，当内部导体是银时，这些材料在烧结时趋于发生反应。
发明概述
因此，考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种氧化物陶瓷材料，它含有大量的矾土，并在低温下烧结，可以使用仅将结晶氧化物粉末或金属混合，并将其模压和烧结的常规陶瓷方法形成，不需要进行复杂的处理和采取特定的形式，并且不需要使用易于与有毒物料或银导体反应的添加剂。本发明的目的还在于提供一种陶瓷基片、一种陶瓷基片设备、和一种使用其的功率放大器模块。
本发明的氧化物陶瓷材料的特征在于含有氧化铝作为主要组分，并且含有下面所示的A和B中的至少一种的材料作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银。
本发明的陶瓷基片或陶瓷层压设备的特征在于在其内部层包括至少一种：
一由氧化物陶瓷材料制成的绝缘层，
所述氧化物陶瓷材料含有氧化铝作为主要组分，并含有含有下面所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银；和
一含有银作为主要组分的导体。
本发明的功率放大器模块的特征在于包括陶瓷基片或陶瓷层压设备，和一安装其上的功率放大器元件，
其中所述陶瓷基片或陶瓷层压设备在其内部层包括至少一种：
一由氧化物陶瓷材料制成的绝缘层，
所述氧化物陶瓷材料含有氧化铝作为主要组分，并含有含有下面所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银；和
一含有银作为主要组分的导体。
附图简介
图1是一种描述使用根据本发明的一个实施方式的陶瓷布线基片的功率放大器模块的透视图。
1：陶瓷多层布线基片
2：功率放大器
3：电子元件如电容器、感应器、电阻器等。
发明详述
下面详细描述本发明的实施方式。
本发明涉及一种具有特征组合物的陶瓷材料。该组合物的主要组分是矾土，并且还含有许多特定的金属氧化物作为辅助组分，该组合物具有低温烧结性和高的导热率的特性，这些是传统材料所不具有的。而且，由于本发明的材料在低温下具有烧结性，因此可以使用电阻低的Ag作为内部导体，并且可以获得导热率高的LTCC。更具体地说，可以至少含有氧化铌和氧化铜作为辅助组分。
在本发明中，优选该主要组分在整个氧化物中的含量不小于80质量％并且不大于98质量％，而且在所有其它组分是前面的辅助组分的情况下，这些辅助组分的含量不小于2质量％并且不大于20质量％。在除了前面的辅助组分之外还含有另外第三种组分的情况下，辅助组分和第三种组分的总含量优选不小于2质量％并且不大于20质量％。
在辅助组分是A的那些的情况下，假定辅助组分的总和是100质量％，那么氧化铌和氧化铜的百分比优选分别在下面的范围内：
40质量％≤氧化铌≤70质量％
30质量％≤氧化铜≤60质量％
在辅助组分是A的那些的情况下，另外优选含有选自氧化钛、氧化银和氧化铋中的至少一种。特别是，理想地同时含有氧化钛和氧化银。
而且，假定辅助组分的总和是100质量％，那么构成前述辅助组分的氧化铌、氧化铜、氧化钛、氧化银和氧化铋的百分比优选在下面的范围内：
30质量％≤氧化铌≤70质量％
10质量％≤氧化铜≤60质量％
0质量％≤氧化钛≤30质量％
0质量％≤氧化银≤30质量％
0质量％≤氧化铋≤40质量％
而且，在含有氧化铝作为主要组分以及氧化铜、氧化钛和氧化银中的至少一种作为辅助组分的氧化物陶瓷材料的情况下，假定辅助组分的总和是100质量％，构成前述辅助组分的氧化铜、氧化钛和氧化银的百分比分别是：
10质量％≤氧化铜≤90质量％
5质量％≤氧化钛≤60质量％
5质量％≤氧化银≥40质量％
而且，氧化铝在整个氧化物中的含量优选不小于80质量％，并且不大于98质量％。
而且，相对氧化物的总和为100质量％，优选含有0.1质量％-2.0质量％的氧化锰。
为了具有不小于90％的相对密度，优选将所述氧化物陶瓷材料烧结。
所述氧化物陶瓷材料优选具有不小于5W/m·k，更优选不小于10W/m·k的导热率。
所述氧化物陶瓷材料在1MHz下优选具有不大于0.05的介电损失，更优选具有不大于0.01的介电损失。
所述氧化物陶瓷材料优选是通过将金属材料或金属氧化物材料颗粒混合，将其模压，并在不高于950℃的温度下将其烧结获得的。而且，氧化物陶瓷材料可以通过将金属材料或金属氧化物材料的颗粒混合，然后将其煅烧并粉碎，之后将其模压，并在不高于950℃的温度下将其烧结获得的。如上所述，本发明不需要制备熔融物的任何步骤，因此降低了生产成本。
下面将描述本发明的材料和使用该材料制备LTCC的方法。下面所述的方法仅仅是常规制备方法的一个实例，并且本发明并不限于此。在正常的陶瓷制备方法内可以进行适当改变。使用混合器如球磨机将矾土(氧化铝，A12O3)粉末和各种金属氧化物充分混合。尽管在球磨机中可以使用各种类型的球，但是使用矾土球使得混合的不必要的杂质的量最小，因此优选矾土球。混合所用的介质可以是有机溶剂，但是通常可以使用水。而且，为了提高混合的均匀性和可模压性，将该混合物粉末煅烧，之后可以再通过球磨机等将其粉碎。
应注意的是，通常可以使用金属氧化物作为物料粉末，但是在有氧的情况下，例如在空气中进行烧结的情况下，可以使用金属银粉末或金属铜粉末作为一部分材料，特别是作为氧化银或氧化铜。
为了造粒，将少量的模压用有机粘合剂如聚乙烯醇混合到由此获得的混合物粉末中，并将该混合物通过一筛。将所得粒状粉末放入适当大小的模具中并加压模制，并获得一模压体。
在所述混合物粉末中，将薄片模压用的有机粘合剂和溶剂混合并充分捏合，以便制得一浆液，并将该浆液铺展在一基膜上，以便模压成薄片。之后，将该薄片干燥，以便获得一绿色薄片。这里，可以一步将矾土与各种金属氧化物粉末混合和将有机粘合剂与溶剂混合。
另一方面，将导电金属粉末与由有机粘合剂和溶剂组成的有机载体组分混合并充分捏合，以便制备一内层布线用的导电糊剂。同样，用相同的组合物制得用于通路的导电糊剂，或者，用组成比略有不同的组合物制得。可以将少量的矾土和金属氧化物的上述混合物粉末加入到该糊剂组合物中。这样做，使得电极与基片在最终获得的层压物中的适配提高。
接下来，在由此制得的绿色薄片中形成通路孔。之后，将通路用的导电糊剂填充到绿色薄片内的通路孔中。然后，使用内层布线用的导电糊剂在该绿色薄片上印刷一布线图，之后将由此形成的这些绿色薄片层压，以便形成一层压物。
将含有这些氧化物作为主要组分的本发明的模压体和所述绿色薄片层压物(以上述方式制得的)，在炉中于约600℃的温度下经受粘合剂除去过程，之后再在预定温度下将它们烧结。因此，获得一烧结体和多层基片。
作为用作材料的矾土粉末，只要该粉末不是特别粗，那么可以使用具有任意粒径的粉末，但是该粒径优选小，以便在低温下具有高的密度，优选不大于1μm。另一方面，考虑到将粉末模压的情形，该粒径优选不小于0.1μm，这是由于粒径特别小的粉末难以操作。加入的材料中矾土之外的其它材料的粒径可以略大于矾土的粒径。
即使将前述之外的其它金属氧化物混入其中作为本发明材料的原料，只要其量足够小，就不会产生任何特殊的问题。考虑到物料的这种混合会不可避免地在原料内进行，或者由混合期间所用的介质引起，或者是为了精确调整本发明物料的特性而将其加入。然而，其量增加是不理想的，这是由于可能会使烧结度降低，介电性能降低，以及导热率受损。
用于本发明的多层基片的导体没有特别的限制，但是为了充分使用其在低温下可烧结性的特性，理想的是该导体含有电阻低的铜或银作为主要组分。在将铜用于内部导体的情况下，必需将烧结温度调整到约1070℃，这样它比铜的熔点(即，约1080℃)低。在将银用于内部导体的情况下，必需将烧结温度调整到约950℃，以便它比银的熔点(即，约960℃)低。在本发明中，可以使用前述两者之一作为内部导体，但是优选使用银，这是由于它可以在空气中经受粘合剂除去过程。
所述模压体和绿色薄片的制备方法没有特别的限制，例如可以使用单轴模压、各向同性压力压制、刮片法、压延法、辊涂机法等。
作为保护薄片用的基膜，可以使用聚乙烯基树脂、聚酯基树脂、纸等。而且，作为在绝缘薄片内形成通路的方法，可以使用冲压或激光加工法。
作为模压体和层压物的烧结环境，由于Ag可以用作内部导体，因此通常可以使用大气。
在本发明中，将矾土粉末和特定氧化物粉末混合，它们可以在显著低于常规烧结矾土的温度下进行烧结。考虑到生产中用的炉的生产能量和成本，这是特别有益的。而且，由于所述混合物可以在不高于950℃的温度下烧结，因此可以使用电阻低的Ag作为导体，并将该混合物与Ag一起烧结。本发明的氧化物陶瓷材料的烧结体，如上所述，仅仅经过金属氧化物的机械混合，并在相对低温下将其模压和加热。因此，该烧结体可能具有这样的相结构，即由少量的金属氧化物组分一起形成的固体溶液，但是它主要是由两种或多种金属氧化物相互反应所产生的金属氧化物或化学化合物的混合物。由于矾土的量大，因此它的主要相为矾土(氧化铝，Al2O3)，但是它是一种还含有除矾土之外的氧化物的混合物。由于该混合物的主要相是矾土，尽管除矾土之外其中还存在少量的其它物质的相，因此导热率高。因此，当将其用于多层基片等时，即使将放热元件(如功率放大器)安装其上或者安装其中，热量也可经基片辐射，元件附近不会受热至极其高的温度。由于它具有高的导热率，因此不需要专门提供热通路。而且，在结合使用热通路的情况下，将进一步提高其热辐射。而且，由于它还具有优异的介电性能，因此它可以用作其上安装有除功率放大器之外的其它元件的模块。而且，它还具有与常规矾土相同水平的机械强度，除了在高温下使用的情形外，其机械强度很高。
图1是一种描述使用陶瓷布线基片的功率放大器模块的透视图。更具体地说，将功率放大器2和电子元件3(如电容器、感应器、电阻器等)安装在陶瓷多层布线基片1上。优选将所述功率放大器模块插入到例如移动电话的母板中。
如上所述，本发明是一种含有氧化铝和特定氧化物的陶瓷材料，并且可以在大大低于常规的温度下烧结。因此，本发明降低了能量成本，并且减少了对所用炉的限制。而且，由于氧化铝的含量大，因此它呈现与矾土的原始性能相似的性能，并且因此，它可用作矾土的代用品。
在将所述材料用于形成陶瓷基片的情况下，由于它可以在不高于950℃的温度下烧结，因此它可以经过构造以便其中包括一有低电阻的含银导体作为主要组分。因此，它可用作LTCC。而且，由于它具有高的导热率，因此它确保对温度升高的控制，即使将其制成为其上安装有热辐射元件(如功率放大器)的模块。
实施例
下面将参照实施例更具体地描述本发明。
(1)导热率的测定方法
使用所谓的激光闪光测定样品的导热率，其中盘形样品的一侧用激光束照射，并通过测定相对面的表面上的温度升高来确定导热率。
(2)介电损失的测定方法
样品的介电损失是通过在盘形样品的两个面上通过溅射形成金电极，并使用惠普公司生产的LCR仪4284A于1MHz下测定介电损失来确定的。
实施例1
作为原料，使用纯度为99.99％且粒径是0.5μm的氧化铝(Al2O3)粉末和试剂级或以上纯度的各种金属氧化物粉末。针对每一样品将它们称重，以便获得表1中所示的组合物，并且其质量总和是200g，并通过使用矾土球的球磨机使它们经受12小时的湿混合。将所得粉末干燥之后，混合少量的聚乙烯醇水溶液，并将该混合物通过一32目筛，以便造粒。将该粉末模压到一模具中，同时单轴地向其施加1t/cm2的压力，以便具有12mm的直径和约1mm的厚度。在500℃下于空气中将所得模压体加热1小时以除去粘合剂，之后，在900℃-1000℃下将其烧结1小时。测定烧结体的大小和质量，以便计算烧结密度。
而且，制备多个所述烧结体，并粉碎，使用比重瓶测定其绝对密度，以便由绝对密度除以烧结密度的商得到相对烧结密度。结果示于表1。
表1
| 样品号 | 组分(质量％) | 烧结温度(℃) | 实施例/对比实施例 | |||||||
| Al2O3 | Nb2O5 | CuO | TiO2 | Ag2O | Bi2O3 | 900 | 950 | 1000 | ||
| 1 | 100 | 55.0 | 55.2 | 57.5 | 对比实施例 | |||||
| 2 | 90 | 10 | 55.1 | 55.3 | 57.0 | 对比实施例 | ||||
| 3 | 90 | 10 | 55.2 | 55.3 | 57.7 | 对比实施例 | ||||
| 4 | 90 | 10 | 55.1 | 55.2 | 57.5 | 对比实施例 | ||||
| 5 | 90 | 10 | 54.9 | 55.2 | 56.9 | 对比实施例 | ||||
| 6 | 90 | 10 | 55.2 | 55.4 | 57.4 | 对比实施例 | ||||
| 7 | 90 | 5 | 5 | 68.8 | 92.7 | 99.8 | 实施例 | |||
| 8 | 90 | 5 | 5 | 55.0 | 55.9 | 57.3 | 对比实施例 | |||
| 9 | 90 | 5 | 5 | 54.8 | 55.7 | 58.8 | 对比实施例 | |||
| 10 | 90 | 5 | 5 | 55.2 | 56.8 | 60.0 | 对比实施例 | |||
| 11 | 90 | 5 | 5 | 65.5 | 74.3 | 88.3 | 对比实施例 | |||
| 12 | 90 | 5 | 5 | 56.3 | 56.9 | 57.5 | 对比实施例 | |||
| 13 | 90 | 5 | 5 | 59.4 | 65.6 | 78.3 | 对比实施例 | |||
| 14 | 90 | 5 | 5 | 55.3 | 57.0 | 58.4 | 对比实施例 | |||
| 15 | 90 | 5 | 5 | 55.9 | 57.0 | 60.3 | 对比实施例 | |||
| 16 | 90 | 5 | 5 | 55.7 | 56.5 | 59.1 | 对比实施例 | |||
| 17 | 90 | 4 | 4 | 2 | 79.8 | 97.0 | 99.5 | 实施例 | ||
| 18 | 90 | 4 | 4 | 2 | 87.3 | 95.8 | 97.3 | 实施例 | ||
| 19 | 90 | 4 | 4 | 2 | 75.7 | 95.0 | 96.9 | 实施例 | ||
| 20 | 90 | 4 | 2 | 4 | 58.0 | 59.7 | 62.1 | 对比实施例 | ||
| 21 | 90 | 4 | 2 | 4 | 57.4 | 59.4 | 61.6 | 对比实施例 | ||
| 22 | 90 | 4 | 2 | 4 | 56.1 | 58.4 | 60.8 | 对比实施例 | ||
| 23 | 90 | 4 | 2 | 4 | 83.8 | 92.8 | 96.5 | 实施例 | ||
| 24 | 90 | 4 | 2 | 4 | 67.0 | 78.8 | 88.0 | 对比实施例 | ||
| 25 | 90 | 4 | 2 | 4 | 57.5 | 58.2 | 61.4 | 对比实施例 | ||
| 26 | 90 | 2 | 4 | 4 | 56.2 | 57.5 | 59.6 | 对比实施例 | ||
| 27 | 90 | 4 | 3 | 1 | 2 | 97.8 | 99.4 | 99.8 | 实施例 | |
| 28 | 90 | 4 | 3 | 1 | 2 | 85.3 | 98.2 | 99.6 | 实施例 | |
| 29 | 90 | 4 | 3 | 1 | 2 | 84.6 | 97.3 | 99.5 | 实施例 | |
| 30 | 90 | 4 | 1 | 2 | 3 | 59.0 | 61.5 | 63.7 | 对比实施例 | |
| 31 | 90 | 3 | 1 | 2 | 4 | 84.3 | 92.5 | 97.0 | 实施例 | |
注：“Ex”是指“实施例”，并且“Comp.Ex.”是指“对比实施例”。
从表1看出，仅使用矾土的样品1和各自仅使用一种不同的添加剂的样品2-6在高达1000℃的烧结温度下基本上一点都不烧结。
在混合使用两种添加剂的情况下，混合使用Nb2O5和CuO的样品7即使在950℃下也明显烧结，并且具有超过90％的密度，并在1000℃下烧结具有接近理论密度的密度。在加入CuO和TiO2的样品11以及使用CuO和Bi2O3的样品13中观察到烧结加速的效果，在两种情况下其密度都达不到90％(即使是在1000℃下烧结)，并且没有获得在样品7的效果。假定将银用于形成内部电极，那么烧结温度的上限是约950℃，并且认为在相对密度不高于90％的情况下机械强度不足。因此，样品11和样品13不实用。
在混合使用3种添加剂的情形下，除了Nb2O5和CuO之外还各自加入一种选自TiO2、Ag2O和BiO3的氧化物(这些添加剂是呈现加入两种添加剂的情形的效果的添加剂)的样品17、18和19即使在950℃下烧结也具有超过95％的密度，这说明它们具有在较低温度下的可烧结性。而且，在不含Nb2O5和CuO的情形下，加入CuO-TiO2-Ag2O的样品23在950℃下烧结的结果是具有超过90％的密度。然而，即使在1000℃下烧结，在前面情况下与其它添加剂组合的样品都没有达到90％的密度。
在混合使用4种添加剂的情况下，除了Nb2O5和CuO之外还一起加入TiO2和Ag2O的样品27在900℃下烧结具有超过95％的密度。
如上所述，即使用相同含量的矾土，通过同时含有Nb2O5和CuO，通过除了含有Nb2O5和CuO之外还含有选自TiO2、Ag2O和Bi2O3中的一种，或者通过同时含有Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O，可以获得较低温度下的可烧结性。而且，通过同时含有CuO、TiO2和Ag2O可以获得低温下的可烧结性。其中，同时含有Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的样品27具有在最低温度下的优异的可烧结性。
实施例2
与实施例1中相同，制备氧化铝、氧化铌、氧化铜、氧化钛、氧化银和氧化铋的粉末，并将它们混合，以便就每一样品而言，氧化铝占93质量％，而其它5种组分的总和是7质量％，其中氧化铌、氧化铜、氧化钛、氧化银和氧化铋的总量假定为100质量％，它们具有表2中所示的质量百分比。将所述混合物在900℃或950℃下烧结2小时，以制得烧结体，并测定它们的相对密度。
而且，在每一个相对密度超过90％的烧结体的上表面和下表面上，通过溅射形成金电极，并评价介电特性。结果示于表2。
表2
| 编号 | 辅助组分的质量比例 | 相对密度(％) | 介电损失(1MHz) | ||||||
| Nb2O5 | CuO | TiO2 | Ag2O | Bi2O3 | 900℃ | 950℃ | 900℃ | 950℃ | |
| 1 | 80 | 20 | 63.8 | 88.4 | - | 0.12 | |||
| 2 | 70 | 30 | 65.9 | 91.3 | - | 0.05 | |||
| 3 | 60 | 40 | 68.5 | 91.5 | - | 0.04 | |||
| 4 | 50 | 50 | 68.1 | 91.0 | - | 0.05 | |||
| 5 | 40 | 60 | 67.4 | 90.7 | - | 0.05 | |||
| 6 | 30 | 70 | 66.2 | 87.8 | - | 0.24 | |||
| 7 | 65 | 30 | 5 | 75.3 | 95.1 | - | 0.03 | ||
| 8 | 60 | 30 | 10 | 77.9 | 96.3 | - | 0.02 | ||
| 9 | 50 | 30 | 20 | 78.8 | 96.5 | - | 0.02 | ||
| 10 | 40 | 30 | 30 | 76.6 | 96.0 | - | 0.02 | ||
| 11 | 30 | 30 | 40 | 71.1 | 90.2 | - | 0.09 | ||
| 12 | 65 | 30 | 5 | 73.2 | 93.6 | - | 0.03 | ||
| 13 | 60 | 30 | 10 | 82.3 | 94.9 | - | 0.02 | ||
| 14 | 40 | 30 | 30 | 86.1 | 96.8 | - | 0.05 | ||
| 15 | 30 | 30 | 40 | 88.4 | 97.9 | - | 0.33 | ||
| 16 | 60 | 30 | 10 | 70.5 | 93.0 | - | 0.05 | ||
| 17 | 50 | 30 | 20 | 73.2 | 94.4 | - | 0.04 | ||
| 18 | 30 | 30 | 40 | 75.1 | 95.0 | - | 0.05 | ||
| 19 | 30 | 20 | 50 | 74.7 | 93.2 | - | 0.29 | ||
| 20 | 65 | 20 | 10 | 5 | 96.2 | 99.0 | 0.02 | 0.009 | |
| 21 | 60 | 20 | 10 | 10 | 96.5 | 99.2 | 0.007 | 0.005 | |
| 22 | 40 | 20 | 10 | 30 | 97.0 | 99.3 | 0.009 | 0.007 | |
| 23 | 30 | 20 | 10 | 40 | 98.3 | 99.5 | 0.15 | 0.12 | |
| 24 | 40 | 10 | 30 | 20 | 94.1 | 98.7 | 0.02 | 0.01 | |
| 25 | 60 | 20 | 40 | 20 | 90.4 | 96.3 | 0.11 | 0.09 | |
| 26 | 60 | 20 | 10 | 10 | 83.5 | 96.8 | - | 0.01 | |
| 27 | 60 | 20 | 10 | 10 | 82.4 | 95.9 | - | 0.05 | |
| 28 | 50 | 20 | 10 | 10 | 10 | 95.6 | 98.6 | 0.03 | 0.01 |
从表2看出，当仅含有Nb2O5和CuO时，在含有过量Nb2O5的情况和含有过量CuO的情况下，烧结密度都略有降低，并且即使获得不小于90％的密度，介电损失也超过5％。因此，Nb2O5的质量百分比优选不大于70质量％，CuO的质量百分比优选不大于60％(样品1-6)。
尽管通过在除Nb2O5和CuO之外还加入选自TiO2、Ag2O和Bi2O3中的一种在较低的温度下获得了较高的密度，但是加入量过度增加又会使其密度降低，并增加其介电损失。因此，TiO2的质量百分比优选不小于3O质量％(样品7-11)，Ag2O的质量百分比优选不大于30质量％(样品12-15)，并且Bi2O3的质量百分比优选不大于40质量％(样品16-19)。应注意的是，在TiO2、Ag2O和Bi2O3中，Ag2O在增加密度方面具有最大效果，TiO2具有次最大效果，并且Bi2O3具有最小效果。
而且，通过在除Nb2O5和CuO之外还一起加入TiO2和Ag2O，获得最高密度和最低介电损失。然而，一起加入TiO2和Bi2O3以及一起加入Ag2O和Bi2O3与仅加入其中一种的差异不显著。
实施例3
与实施例2中相同，制备氧化铝、氧化铜、氧化钛和氧化银的粉末，并将它们混合，以便就每一样品而言，氧化铝占93质量％，而其它3种组分的总和是7质量％，其中相对氧化铜、氧化钛和氧化银的总和假定为100质量％，它们具有表3中所示的百分比。将该混合物在950℃下烧结2小时，以制得烧结体，并测定它们的相对密度。
而且，在相对密度超过90％的这些烧结体的每一个的上表面和下表面上，通过溅射形成金电极，并评价介电特性。结果示于表3。
表3
| 编号 | 质量比例 | 密度(％) | 介电损失 | 编号 | 质量比例 | 密度(％) | 介电损失 | ||||
| CuO | TiO2 | Ag2O | CuO | TiO2 | Ag2O | ||||||
| 1 | 90 | 10 | 73.3 | - | 15 | 35 | 60 | 5 | 92.0 | 0.04 | |
| 2 | 90 | 5 | 5 | 90.1 | 0.05 | 16 | 35 | 50 | 15 | 93.3 | 0.03 |
| 3 | 90 | 10 | 55.5 | - | 17 | 35 | 40 | 25 | 94.2 | 0.02 | |
| 4 | 75 | 20 | 5 | 91.6 | 0.05 | 18 | 35 | 30 | 35 | 93.3 | 0.03 |
| 5 | 75 | 20 | 30 | 93.5 | 0.03 | 19 | 35 | 25 | 40 | 92.4 | 0.04 |
| 6 | 75 | 10 | 40 | 92.4 | 0.05 | 20 | 35 | 15 | 50 | 85.0 | 0.25 |
| 7 | 55 | 45 | 74.0 | - | 21 | 15 | 60 | 25 | 91.1 | 0.05 | |
| 8 | 55 | 40 | 5 | 92.6 | 0.04 | 22 | 15 | 50 | 35 | 93.1 | 0.03 |
| 9 | 55 | 30 | 15 | 94.3 | 0.03 | 23 | 15 | 45 | 40 | 91.8 | 0.05 |
| 10 | 55 | 20 | 25 | 95.0 | 0.02 | 24 | 10 | 70 | 20 | 86.6 | 0.13 |
| 11 | 55 | 10 | 35 | 94.4 | 0.03 | 25 | 10 | 60 | 30 | 91.9 | 0.05 |
| 12 | 55 | 5 | 40 | 92.9 | 0.04 | 26 | 10 | 50 | 40 | 92.5 | 0.05 |
| 13 | 55 | 45 | 55.7 | - | 27 | 10 | 40 | 50 | 90.4 | 0.05 | |
| 14 | 35 | 65 | 73.5 | - | 28 | 5 | 60 | 35 | 82.3 | 0.20 | |
从表3看出，在CuO不小于10质量％并且不大于90质量％，TiO2不小于5质量％并且不大于60质量％，和Ag2O不小于5质量％并且不大于40质量％的情况下获得相对优异的特性，尤其是在CuO不小于15质量％并且不大于75质量％，TiO2不小于10质量％并且不大于50质量％，和Ag2O不小于15质量％并且不大于35质量％时，获得显著的致密化和相对低的介电损失。
实施例4
制备通过将质量比为5.5∶2.7∶0.9∶0.9的Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的粉末预先混合获得的粉末。通过球磨机混合将这种粉末、矾土粉末和Mn3O4粉末混合，以便就每一样品而言具有表4中所示的混合比，并且在600℃下将所述混合物煅烧2小时。之后，在球磨机中再次将其粉碎，并以与实施例1中相同的方式通过在900℃或950℃下将粉碎的物料烧结2小时制得一烧结体，这样测定其相对烧结密度。而且，通过激光闪光测定相对密度超过90％的烧结体样品的导热率。而且，通过溅射形成金电极，评价其介电特性。结果示于表4。
表4
| 样品号 | 组分(重量％) | 相对密度 | 介电损失 | 导热率 | |||||
| Al2O3 | Additive | Mn3O4 | 900℃ | 950℃ | 900℃ | 950℃ | 900℃ | 950℃ | |
| 1 | 100 | 0 | 0 | 55.0 | 55.2 | - | - | - | - |
| 2 | 99 | 1 | 0 | 64.2 | 77.5 | - | - | - | - |
| 3 | 98 | 2 | 0 | 81.5 | 90.8 | - | 0.04 | - | 10.2 |
| 4 | 97 | 3 | 0 | 90.8 | 95.9 | 0.05 | 0.02 | 11.0 | 15.7 |
| 5 | 96 | 4 | 0 | 93.2 | 97.4 | 0.02 | 0.01 | 13.9 | 18.1 |
| 6 | 94 | 6 | 0 | 95.9 | 99.6 | 0.01 | 0.007 | 16.5 | 19.8 |
| 7 | 92 | 8 | 0 | 97.8 | 99.7 | 0.007 | 0.005 | 17.5 | 18.6 |
| 8 | 92 | 8 | 0.1 | 97.7 | 99.7 | 0.004 | 0.003 | 17.4 | 18.4 |
| 9 | 92 | 8 | 0.5 | 95.4 | 99.6 | 0.003 | 0.002 | 17.3 | 17.9 |
| 10 | 92 | 8 | 1.0 | 93.3 | 98..3 | 0.002 | 0.002 | 15.2 | 16.5 |
| 11 | 92 | 8 | 2.0 | 91.6 | 96.8 | 0.003 | 0.003 | 10.0 | 12.4 |
| 12 | 92 | 8 | 3.0 | 80.2 | 88.1 | 0.07 | 0.06 | - | - |
| 13 | 90 | 10 | 0 | 99.0. | 99.8 | 0.01 | 0.008 | 14.3 | 15.3 |
| 14 | 85 | 15 | 0 | 98.3 | 98.4 | 0.03 | 0.01 | 11.2 | 13.5 |
| 15 | 80 | 20 | 0 | 97.4 | 95.5 | 0.04 | 0.05 | 7.8 | 7.2 |
| 16 | 75 | 25 | 0 | 95.1 | 93.2 | 0.11 | 0.12 | 4.9 | 4.4 |
从表4看出，当Al2O3的含量超过98％时，不能获得足够的可烧结性，即使向其中加入复合添加剂。另一方面，当Al2O3的含量小于80％时，获得高的可烧结性，介电特性和导热率都降低。因此，Al2O3的含量优选不小于80％并且不大于98％，更优选不小于85％并且不大于96％。
接下来，在将Al2O3和复合添加剂的比例固定地调整为92％∶8％，并且还向其中加入Mn3O4的情况下，观察到因这种加入而提高其介电特性的趋势，但是加入量增加使得烧结密度降低。因此，优选含有不小于0.1质量％并且不大于2质量％的Mn3O4。
除了本实施例之外，本发明的发明人通过改变复合添加剂中的Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的比例，并通过使用CuO-基、TiO2-基和Ag2O-基复合添加剂，以相同的方式进行了试验，对于Al2O3的含量和Mn3O4的加入获得了相似的结果。
实
施例5
以与实施例1相同的方式，将Al2O3、Nb2O5、CuO、TiO2和Ag2O的粉末以93∶3∶2∶1.5∶0.5的质量比通过球磨机混合。在600℃下将所得混合物煅烧2小时，之后，在球磨机中将其再次粉碎。向前面的煅烧粉末中加入聚乙烯基丁缩醛树脂和乙酸丁酯，并混合成浆状，并通过刮片法铺展以便在基膜(聚二苯硫醚)上具有一薄片，以赋予其表面脱模性能。
为了比较，以上面所述的相同方式，通过仅使用Al2O3粉末制得一浆液，并在一基膜上制得一矾土绿色薄片。此外，以上面所述的相同方式使用含有50质量％的Al2O3和50质量％的硼硅酸盐铅玻璃制得一浆液，并在基膜上制得一玻璃陶瓷绿色薄片。
接下来，将乙基纤维素基树脂和松油醇大致加入到金属银粉末中，通过三辊粉碎机混合并充分捏合，由此制得内层布线用的Ag糊剂和通路用的Ag糊剂。
接下来，通过在绿色薄片的预定位置穿孔形成φ0.1mm通路孔，并在所需量的绿色薄片内将通路用的导电糊剂填充到这些通路孔中。之后，在每一薄片上通过丝网印刷使用内层布线用的糊剂形成布线图。除去基膜并层压这些绿色薄片，将这些层压的薄片在80℃下经受热压制粘合，由此获得一层压物。
将由此获得的层压物在炉中于大气、600℃下经受粘合剂除去过程，并在920℃下烧结2小时。与此分开，使用不含Ag导体的层压物制得一烧结体，这样将其用于导热率测定。
首先，测定不含导体的层压物的导热率。结果，本发明的层压物具有18W/m·k的导热率，而含有玻璃陶瓷的层压物具有2.5W/m·k的导热率。使用矾土的层压物的机械强度是如此之小，以致它不能进行该测定。因此，使用矾土的层压物是通过将烧结温度调整至1500℃下形成的，并且测得其导热率是22W/m·k。
而且，测定不含导体的层压物的3个点的横向强度，并测得本实施例的层压物的横向强度是380Mpa，而测得含有玻璃陶瓷的层压物的横向强度是230Mpa。使用矾土的层压物的机械强度是如此之小，以致它不能进行该测定。因此，使用矾土的层压物是通过将烧结温度调整至1500℃下形成的，并且测得其3点的横向强度是400MPa。因此，本实施例的层压物(在920℃下烧结)呈现与使用矾土的层压物(在1500℃下烧结)相同水平的机械强度。
接下来，评价含有Ag导体的层压物中内层布线与通路导体之间的连续性。本发明的层压物和使用玻璃陶瓷的层压物呈现连续性，而仅使用矾土的层压物的机械强度是如此之小，以致它不能进行该测定。因此，使用矾土的层压物是通过将烧结温度调整至1500℃下形成的，但是其中的Ag电极熔融，并且不能获得连续性。
然后，将功率放大器集成电路安装在本发明的层压物和使用玻璃陶瓷的层压物上，并操作。结果由于使用玻璃陶瓷的层压物的导热率低导致热辐射不足，因此呈现显著的温度升高，而本发明的层压物呈现较小的温度升高。
在不背离本发明的精神和基本特征的情况下可以其它形式实施本发明。本申请中公开的这些实施方式应在所述的所有方面考虑，其并不是限制性的。本发明的范围是由所附的权利要求书而不是前面的说明书来界定，并且所述权利要求书的等价的意义和范围内的所有变化都应包括在内。
Claims (17)
1、一种氧化物陶瓷材料，其含有氧化铝作为主要组分，并且含有下面所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银。
2、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中
所述主要组分在整个氧化物中的含量不小于80质量％并且不大于98质量％，而且
在所有其它组分是上述的辅助组分的情况下，这些辅助组分的含量不小于2质量％并且不大于20质量％，或者在除了上述的辅助组分之外还含有另外第三种组分的情况下，辅助组分和第三种组分的总含量不小于2质量％并且不大于20质量％。
3、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中在辅助组分是A的情况下，假定辅助组分的总和是100质量％，那么氧化铌和氧化铜的百分比分别在下面的范围内：
40质量％≤氧化铌≤70质量％
30质量％≤氧化铜≤60质量％。
4、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，在辅助组分是A的情况下，所述氧化物陶瓷材料还含有选自氧化钛、氧化银和氧化铋中的至少一种。
5、如权利要求4的氧化物陶瓷材料，
其中，假定辅助组分的总和是100质量％，那么氧化铌、氧化铜、氧化钛、氧化银和氧化铋的百分比在下面的范围内：
30质量％≤氧化铌≤70质量％
10质量％≤氧化铜≤60质量％
0质量％≤氧化钛≤30质量％
0质量％≤氧化银≤30质量％
0质量％≤氧化铋≤40质量％。
6、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中，在辅助组分是B的情况下，假定辅助组分的总和是100质量％，氧化铜、氧化钛和氧化银的百分比分别在下面的范围内：
10质量％≤氧化铜≤90质量％
5质量％≤氧化钛≤60质量％
5质量％≤氧化银≤40质量％。
7、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，将氧化物的总和设为100质量％，所述氧化物陶瓷材料还含有0.1质量％-2.0质量％的氧化锰。
8、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中为了具有不小于90％的相对密度，将氧化物陶瓷材料烧结。
9、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料具有不小于5W/m·k的导热率。
10、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料具有不小于10W/m·k的导热率。
11、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料在1MHz下具有不大于0.05的介电损失。
12、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料在1MHz下具有不大于0.01的介电损失。
13、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料是通过将金属材料或金属氧化物材料颗粒混合，将其模压，并在不高于950℃的温度下将其烧结而获得的。
14、如权利要求1的氧化物陶瓷材料，
其中所述氧化物陶瓷材料是通过将金属材料或金属氧化物材料颗粒混合，然后将其煅烧并粉碎，之后将其模压，并在不高于950℃的温度下将其烧结而获得的。
15、一种陶瓷基片，其至少在内层包括：
一由氧化物陶瓷材料制成的绝缘层，
所述氧化物陶瓷材料含有氧化铝作为主要组分，并含有下面
所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银；和
一含有银作为主要组分的导体。
16、一种陶瓷层压设备，其至少在内层包括：
一由氧化物陶瓷材料制成的绝缘层，
所述氧化物陶瓷材料含有氧化铝作为主要组分，并含有下面
所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银；和
一含有银作为主要组分的导体。
17、一种功率放大器模块，其包括陶瓷基片或陶瓷层压设备，和一安装在其上的功率放大器元件，
其中所述陶瓷基片或陶瓷层压设备至少在其内层包括：
一由氧化物陶瓷材料制成的绝缘层，
所述氧化物陶瓷材料含有氧化铝作为主要组分，并含有下面
所示的A和B中的至少一种作为辅助组分：
A：氧化铌和氧化铜
B：氧化铜、氧化钛和氧化银；和
一含有银作为主要组分的导体。
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