一種復合體系LTCC材料及其制備方法技術

本發明專利技術屬于電子陶瓷材料及其制造領域，具體涉及一種復合體系LTCC材料及其制備方法。該復合體系LTCC材料，其化學通式為Li

Composite system LTCC material and preparation method thereof

The invention belongs to the field of electronic ceramic materials and the manufacture thereof, in particular to a composite system LTCC material and a preparation method thereof. The chemical formula of the composite LTCC is Li

【技術實現步驟摘要】
一種復合體系LTCC材料及其制備方法
本專利技術屬于電子陶瓷材料及其制造領域，具體涉及一種復合體系LTCC材料及其制備方法。
技術介紹
近年來，國際上無論是通用電子整機、通信設備還是民用消費類的電子產品都迅速向小型化、輕量化、集成化、多功能化和高可靠性方向發展。LTCC(低溫共燒陶瓷)技術作為一種先進的三維立體組裝集成技術，為無源器件以及無源/有源器件混合集成的發展創造了條件，并迅速在疊層片式無源器件中獲得了廣泛的應用。很多電子材料與元器件生產企業及高校都對各種LTCC片式無源器件和組件展開了研發和生產，而為了獲得高性能的LTCC無源集成器件和組件，首先需要有高性能的LTCC材料。但目前商用化的高性能LTCC材料主要被國外壟斷，國內在此領域始終未能取得關鍵性突破，導致我國研發的LTCC集成器件和組件成本很高，不利于相應產品的應用和推廣，另一方面由于在核心關鍵技術上受制于人，嚴重阻礙了我國LTCC產業的發展。因此，開發擁有自主知識產權的高性能LTCC材料迫在眉睫。LTCC微波介電陶瓷材料是LTCC材料中應用非常廣泛的一個分支。一般的微波介電陶瓷材料燒結溫度都在1100℃以上，但為了與LTCC工藝(一般為800℃～950℃之間)兼容，需將其燒結溫度降低到950℃以下。常采用的方法主要包括添加低熔氧化物或玻璃助燒、引入化學合成方法以及采用超細粉體做原料等；后兩種成本高昂、并有一定的工藝局限性，因而添加低熔氧化物或玻璃是目前實現LTCC微波介電陶瓷材料的主要方法。但即便采取這種方法，目前許多微波介電陶瓷材料的燒結溫度太高，也很難實現低溫燒結，其次，過多低熔氧化物或玻璃的摻入，也會對材料的損耗性能構成很大的影響，導致Qf值下降很大。最初，硅酸鋅(Zn2SiO4)是用作一種結晶釉中的結晶劑，它在釉中易于結晶，晶花大而圓，因此適合于一些裝飾花瓶類產品。后來，Zn2SiO4被較多的應用在離子平板顯示器用熒光粉領域，通過Mn2+摻雜，即形成Zn2SiO4:Mn2+，此材料可以在253nm光波激發下顯示出良好的發光性能，由于其制備簡單、成本低廉，并具有色坐標佳、相對亮度高等眾多優勢，成為目前最有前途的離子平板顯示器綠色熒光粉成分。Zn2SiO4作為微波介質材料是在最近幾年才進行研究的，其結構為硅鋅礦結構，屬三角晶系，空間點群為R-3，a＝1.3971nm，c＝0.9334；每個Zn原子和Si原子都與周圍四個氧原子形成四面體。Zn2SiO4的燒結溫度為1400℃以上，εr約為7～8，Q×f最高可到240000GHz，溫度系數τf＝(-50～-40)ppm/℃，綜合性能很好，且制備原料的成本都很低。但Zn2SiO4陶瓷材料的一個突出的缺點就是燒結溫度太高，通過直接加氧化物或玻璃將燒結溫度降到900℃的話，摻雜量需很大，會導致介電損耗顯著增加。
技術實現思路
針對上述存在問題或不足，本專利技術提供了一種復合體系LTCC材料及其制備方法，以提供一種超低損耗低介高溫度穩定性LTCC微波介電陶瓷材料。該復合體系LTCC材料，其化學通式為Li2x(Zn0.95Co0.05)2-xSiO4-yLMZBS(0.125≤x≤0.375，y為1～2wt％)，其燒結溫度900～950℃；由斜方六面體結構的(Zn，Co)2SiO4為主晶相，正交晶系結構的Li1.6Zn1.2SiO4為次晶相組成的復合陶瓷材料。Li2CO3、ZnO、Co2O3、SiO2按摩爾比Li2CO3:ZnO:Co2O3:SiO2＝x:(1.9-0.95x):(0.05-0.025x):1配制基料，其中0.125≤x≤0.375；助熔劑為總質量1～2wt％的LMZBS。該微波介電陶瓷材料介電常數εr為6.1～6.5，品質因數Q×f值130，000GHz～230，000GHz，諧振頻率溫度系數τf為-42～-22ppm/℃，具有極低微波損耗。上述復合體系LTCC材料的制備方法，包括以下步驟；步驟1、以Li2CO3、ZnO、Co2O3、SiO2為初始原料，按摩爾比Li2CO3:ZnO:Co2O3:SiO2＝x:(1.9-0.95x):(0.05-0.025x):1進行稱料，然后進行一次球磨，待混料均勻后烘干，其中0.125≤x≤0.375；步驟2、將步驟1所得烘干料過篩后放入坩堝中壓實，按2～3℃/分的升溫速率升至1030～1080℃進行預燒，保溫3～4小時，隨爐冷卻得到預燒料；步驟3、將步驟2所得的預燒料從坩堝中取出放入研缽中磨細，然后加入占總質量1～2wt％的LMZBS玻璃粉在球磨機中進行二次球磨得到研磨液；步驟4、將步驟3所得到的研磨液烘干后，加入所得粉料質量分數為20％～30％的PVA溶液進行造粒并干壓成型；步驟5、將步驟4所得產物放入燒結爐中，按2～3℃/分的升溫速率升至200～300℃保溫2～3小時，繼續升溫至500～550℃保溫3～4小時，以排除生坯中的水分和膠水；然后再按2～3℃/分的升溫速率升溫至650～700℃后，再以4～5℃/分升溫至900℃～950℃進行燒結，保溫3小時，然后按4～5℃/分的降溫速率降溫至650～700℃，最后隨爐冷卻得到低介低損耗的復合體系LTCC材料。所述LMZBS玻璃由原料按摩爾比Li2CO3:MgO:ZnO:B2O3:SiO2＝20:20:20:20:20配制，將原料按比例稱量，濕混烘干后裝入坩堝，按2～3℃/分在燒結爐中升溫到1300～1350℃，保溫1～2小時后直接從爐中取出倒入冷水中淬冷，然后烘干磨細得到。本專利技術在(Zn0.95Co0.05)2SiO4基礎上進行了低熔點金屬陽離子Li+部分取代原陶瓷結構中的Zn2+，用Li+離子部分取代原陶瓷結構中的Zn2+后，能部分形成鋰硅酸鋅相，這種物質的燒結溫度要大大低于硅鋅礦，從而降低整個材料體系燒結溫度，少量復合相的引入能進一步降低微波介電損耗。另一方面適量Li離子的替代也有利于溫度系數更接近于零，更有利于滿足LTCC器件應用的需要。采用LMZBS玻璃助燒，利用其軟化溫度點低于燒結溫度，在燒結時形成液相，對主相晶粒產生液相包裹，以有效促使晶粒長大，提高致密化程度，減少晶界及缺陷，達到將材料體系燒結溫度降低至900～950℃的目的。同時LMZBS玻璃本身介電損耗也很低，與Li2x(Zn0.95Co0.05)2-xSiO4之間不會發生明顯的成分滲析，不會對材料體系的介電損耗造成較大的影響。綜上，本專利技術提供的超低損耗低介的復合體系LTCC材料，900～950℃低溫燒結，介電常數εr為6.1～6.5；Q×f值在130，000GHz以上，最高達到230，602Hz；諧振頻率溫度系數τf為-41～-22ppm/℃。生產原料便宜，工藝工程簡單，方便操作，成本低。在作為LTCC微波介質基板或器件材料時，可以顯著降低微波器件或模塊的損耗。附圖說明圖1為本專利技術的制備工藝流程示意圖；圖2為摻雜1.5wt％的LMZBS制備得LTCC微波介電陶瓷材料的X射線衍射圖譜，其中(a)、(b)、(c)分別為x＝0.125、x＝0.25、x＝0.375時的X射線衍射圖譜；圖3為摻雜1.5wt％的LMZBS制備得LTCC微波介電陶瓷材料的微波介電性能及諧振頻率溫度系數隨x值及燒結溫度變化關系曲線圖。具體實施方式下面結合實本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合體系LTCC材料及其制備方法，其特征在于：化學通式為Li

【技術特征摘要】
1.一種復合體系LTCC材料及其制備方法，其特征在于：化學通式為Li2x(Zn0.95Co0.05)2-xSiO4-yLMZBS，其中0.125≤x≤0.375，y為1～2wt％；由斜方六面體結構的(Zn，Co)2SiO4為主晶相，正交晶系結構的Li1.6Zn1.2SiO4為次晶相組成；Li2CO3、ZnO、Co2O3、SiO2按摩爾比Li2CO3:ZnO:Co2O3:SiO2＝x:(1.9-0.95x):(0.05-0.025x):1配制基料，其中0.125≤x≤0.375；助熔劑為總質量1～2wt％的LMZBS；其燒結溫度900～950℃，介電常數εr為6.1～6.5，品質因數Q×f值130，000GHz～230，000GHz，諧振頻率溫度系數τf為-42～-22ppm/℃。2.如權利要求1所述復合體系LTCC材料的制備方法，包括以下步驟；步驟1、以Li2CO3、ZnO、Co2O3、SiO2為初始原料，按摩爾比Li2CO3:ZnO:Co2O3:SiO2＝x:(1.9-0.95x):(0.05-0.025x):1進行稱料，然后進行一次球磨，待混料均勻后烘干，其中0.125≤x≤0.375；步驟2、將步驟1所得烘干料過篩后放入坩堝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：唐曉莉，杜祥裕，蘇樺，張懷武，荊玉蘭，李元勛，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川,51