技术摘要：
本发明公开了一种Li2O‑MgO‑SiO2系LTCC材料及其制备方法，涉及电子材料技术领域，其原始配料组成为98.0～100.0wt％的Li2O‑MgO‑SiO2陶瓷材料和0.0～2.0wt％的镧硼锌玻璃。LMS陶瓷材料的组成为：Li2CO3、MgO、SiO2，按摩尔比Li2CO3:MgO:SiO2＝1:1:1合成主晶相为Li2MgS  全部
背景技术：
近年来，信息化浪潮席卷全球，移动通信和无线局域网(WLAN)等现代通信技术的 快速发展，微波技术也向着更高频率发展。第五代移动通信的高速发展，使得移动通信设备 和便携式终端趋向小型、轻量、高频、低功耗、多功能、高性能，这对以微波介质陶瓷为基础 的微波电路元器件提出了更高要求，各种新型微波介质元器件应运而生，与之相关的微波 介质陶瓷材料朝着高频、低温烧结等方面发展。低介电常数微波介质材料因其微波介电性 能优异、高频损耗小，适合滤波器、天线、模块等高频片式元器件的设计和制造，已经受到相 关研究人员的普遍关注。相对介电常数为6-20、高品质因数和近零谐振频率温度系数的低 介电常数微波介质陶瓷材料的研究越来越重要。同时，微电子器件和电子设备等迅速向小 型化、大功率化、集成化、多功能化的方向发展，传统的器件集成工艺已不能满足通信系统 中的应用要求。以低温共烧陶瓷(Low-Temperature  Co-fired  Ceramic,LTCC)技术为基础 的多层结构设计可有效减小器件体积，是实现器件向小型化、轻量化、多功能化、集成化和 低成本发展的重要途径。LTCC是一种实现高性能电路封装的技术，普遍应用于多层芯片电 路模块化设计中，同时具有设计的多样性和优良的高频性能等优势。LTCC主要采用高电导 率的银(961℃)作为导电介质，因此其烧结温度必须低于银的熔点，即在960℃以下；采用银 布线时，在烧结过程中不会被氧化，故无需电镀保护。LTCC技术的研究已成为当今电子材料 与器件领域的热点。目前降低微波介质陶瓷材料的烧结温度的方法主要有三种：A、使用超 细粉体作为原料，提高粉体活性以降低烧结温度，但成本较高；B、改进制备工艺如采用化学 合成法制备来降低烧结温度，但该方法工艺复杂，制作周期延长；C、添加低熔点氧化物或低 熔点玻璃作为烧结助剂，在烧结过程中氧化物或玻璃烧结助剂形成液相，降温效果显著，而 且该方法成本低廉，工艺简单，易于批量生产。通常情况下，采用第三种方法来实现LTCC技 术。 关于Li2O-MgO-SiO2(LMS)体系所做的研究主要有：S.George等人在2009年《美国陶 瓷学会杂志》(Journal  of  American  Ceramic  Society)的文章《Li2MgSiO4陶瓷的低温烧结 和微波介电性能》(Low-Temperature  Sintering  and  Microwave  Dielectric  Properties  of  Li2MgSiO4  Ceramics)中报道了LMS系微波介质陶瓷，LMS体系在1250℃下烧结2小时后， 当f＝8GHz时，相对介电常数为5.1，介电损耗tanδ＝5.2×10-4；同时在LMS陶瓷中分别添加 锂硼硅玻璃和锂镁锌硼硅玻璃并成功将烧结温度降低到900℃附近，取得了良好的微波介 电性能(f＝8GHz)。Aleena  Rose等人在2018年《应用表面科学》(Applied  Surface  Science)中的文章《Li2MgSiO4纯相的合成和微波介电研究及Li2MgSiO4添加B2O3，MgF2，WO3 作为基板材料的应用》(Synthesis  and  microwave  dielectric  studies  of  pure  Li2MgSiO4  and  B2O3，MgF2，WO3  added  Li2MgSiO4  for  substrate  applications)中也研究 3 CN 111574213 A 说　明　书 2/7 页 了LMS系陶瓷的微波介电性能：LMS体系在1100℃下烧结6小时后，当f＝8GHz时，相对介电常 数为5.73，介电损耗tanδ＝5.897×10-4；同时在LMS陶瓷中添加氧化物WO3在1100℃烧结4小 时取得了较好的微波介电性能(f＝8GHz)。 对于Li2O-MgO-SiO2体系微波介质陶瓷体系，虽然之前的研究多数集中在降低烧结 温度方面，其中部分低熔点玻璃对Li2O-MgO-SiO2基微波介质陶瓷有着独特的液相烧结作 用，能有效降低烧结温度；但这些研究并未展示出高频下LMS系陶瓷的微波介电性能，即Q× f值不高，或者添加氧化物未能有效降低其烧结温度。目前使用的低温烧结微波介质陶瓷材 料都在经历追求中高介电常数、低损耗和近零谐振频率温度系数等特征，但就目前第五代 移动通信的发展来看，须研发出一种低成本、工艺简单、具有低介电常数、高品质因数，低烧 结温度(烧结温度小于950℃)下能与银共烧且与银不发生化学反应的陶瓷材料，以满足微 波通信行业的应用需要。
技术实现要素：
本发明的目的在于：为解决上述问题，提供一种能在950℃下烧结、低损耗、温度特 性好、低介电常数的微波陶瓷材料及其制备方法。 本发明的技术方案为：提供一种低介电常数LTCC材料，包括Li2O-MgO-SiO2陶瓷主 料，以及玻璃添加剂，其特征在于，所述Li2O-MgO-SiO2陶瓷主料的质量百分比为98.0～ 100.0％；所述玻璃添加剂为镧硼锌玻璃，质量百分比为0.0～2.0％。 优选地，Li2O-MgO-SiO2陶瓷材料以Li2CO3、MgO、SiO2为原料，按摩尔比Li2CO3:MgO: SiO2＝1:1:1合成主晶相为Li2MgSiO4的陶瓷主料。 优选地，所述玻璃添加剂成分包括：45wt％≤La2O3≤47wt％、28wt％≤B2O3≤ 32wt％、21wt％≤ZnO≤25wt％。 本发明的另一种技术方案为：提供一种低介电常数LTCC材料的制备方法，包括以 下步骤： 步骤1：制备陶瓷主料，Li2O-MgO-SiO2陶瓷材料以Li2CO3、MgO、SiO2为原料，按摩尔 比Li2CO3:MgO:SiO2＝1:1:1合成主晶相为Li2MgSiO4的陶瓷主料；将混合配料与去离子水混 合，湿式球磨2～5小时后干燥再过筛，粉碎均匀后在850～930℃下预烧4小时合成主晶相为 Li2MgSiO4相的Li2O-MgO-SiO2陶瓷基料； 步骤2：制备玻璃添加剂，将La2O3、B2O3、ZnO按质量百分比：45％≤La2O3≤47％、 28％≤B2O3≤32％、21％≤ZnO≤25％配料，将配好料后的材料与去离子水混合，湿式球磨2 ～5小时后烘干再过筛，在600～800℃预烧4小时，再在1200～1400℃温度下熔融玻璃渣，最 后将制备的玻璃渣粉碎后球磨成粉； 步骤3：在Li2O-MgO-SiO2主料中加入步骤2得到的镧硼锌玻璃，玻璃添加剂添加量 为0.～2.0wt％，以去离子水作为介质混合球磨，得到Li2O-MgO-SiO2主料中添加玻璃添加剂 后的混合粉体，所述混合粉体的粉体粒度为1～5μm； 步骤4：将步骤3得到的混合粉体经球磨、干燥、过筛、造粒、成型，在850℃～930℃ 空气气氛下烧结，保温1～4小时，制成低介电常数LTCC材料。 优选地，所述步骤1-4中提及的球磨是指将混合料置于尼龙罐中，加入氧化锆球， 以去离子水为介质，按质量比料：球：水＝1:4:1的比例在行星式球磨机上进行湿式球磨。 4 CN 111574213 A 说　明　书 3/7 页 优选地，所述步骤3中镧硼锌玻璃的添加量为0.5wt％、1.0wt％、1.5wt％、2.0wt％ 的任一种；所述步骤4中的混合粉体生坯料的烧结条件为：烧结时间2小时，烧结温度分别是 850℃、875℃、900℃、925℃中的任一种。 优选地，所述步骤4中的混合粉体造粒时使用的粘结剂为5.0wt％的丙烯酸溶液。 本发明的有益效果在于： 1、LMS陶瓷材料的组成为：Li2CO3、MgO、SiO2，按摩尔比Li2CO3:MgO:SiO2＝1:1:1合 成主晶相为Li2MgSiO4的陶瓷主料；镧硼锌玻璃的原料组成为：45wt％≤La2O3≤47wt％、 28wt％≤B2O3≤32wt％、21wt％≤ZnO≤25wt％，所需的合成原料成本低，易获得，合成料的 粒度未达到纳米级别，制备工艺相对简单。 2、本发明制备方法制备出的LTCC材料原料价格低廉，器件生产成本极低，具有较 低的介电常数和较高的品质因数和良好的工艺稳定性，相对而言，更低的介电常数和高频 下更高的品质因数，其微波介电性能更优异。 3、本发明提供了一种简单、可靠、低成本的制备方法，在预烧合成主晶相后加入玻 璃作为助烧剂，助烧剂在后续烧结过程中形成液相，液相有效促进陶瓷烧结，使得陶瓷烧结 温度降低到900℃，本发明的LTCC材料具有优异的微波介电性能，较低的介电常数和较高的 品质因数使得该材料能在高频下应用，满足了微波通信行业的需求。 4、本发明的制备方法需要的玻璃含量极小，即极少的玻璃就能显著降低陶瓷的烧 结温度至900℃。 5、本发明制备方法步骤3中，Li2O-MgO-SiO2主料中添加玻璃添加剂后的混合粉体 的粉体粒度为1～5μm，未达到纳米级别，制备工艺更容易实现。 6、本发明中的玻璃添加剂成分包括：45wt％≤La2O3≤47wt％、28wt％≤B2O3≤ 32wt％、21wt％≤ZnO≤25wt％，成分简单，在后续的LTCC材料制备过程的需求量少，用料 省。 附图说明 图1是850℃预烧后的Li2O-MgO-SiO2的XRD衍射分析图； 图2是本发明制备的低温烧结陶瓷材料中样品1～4的XRD衍射分析图； 图3是本发明制备的低温烧结陶瓷材料中样品1～4的SEM扫描电镜图。