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一种低温烧结低介微波陶瓷材料及制备方法


技术摘要:
本发明公开了一种低温烧结低介微波陶瓷材料及制备方法,所述陶瓷材料由以下组分组成:40wt%~50wt%的MBS玻璃,以及50wt%~60wt%的Mg2Al4Si5O18;所述MBS玻璃的成分包括:25wt%~35wt%的MgO,50wt%~60wt%的B2O3,5wt%~15wt%的SiO2,0wt%~5wt%的CaO,0wt  全部
背景技术:
伴随着电子信息技术的飞速发展,电子器件正朝着集成化、小型化、多功能化的方 向发展。单一的有源器件集成目前已无法满足通信系统的应用要求,无源器件的小型化已 经成为一种必然趋势。低温共烧陶瓷(LTCC)技术因其集成密度高、高频特性好,已经被广泛 应用于制造集成电子元器件之中。LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉体制成厚度精确且致密的 生瓷带,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制备出所需要的电 路图形,并将多个无源元件埋入其中,然后叠层,制成三维网络的无源集成组件,也可制成 内置无源元件的三维电路基板,在其表面可贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能 模块。LTCC技术使用的导体一般是银金属,其熔点为961℃,这就要求应用在LTCC技术上的 陶瓷材料的烧结温度必须低于950℃。 Mg 2Al 4Si 5O 1 8系微波陶瓷介电常数εr在5左右,具有很低的介电损耗(Qf> 40000GHZ),良好的谐振频率温度系数,非常适合用于微波器件。然而Mg2Al4Si5O18陶瓷烧结 温度很高,在1430℃左右,无法满足LTCC工艺的应用,极大的限制了Mg2Al4Si5O18陶瓷的应 用。
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,该制备方法工艺简单,重复性好。 本发明的技术方案为:提供一种低温烧结低介微波陶瓷材料,40wt%~50wt%的 MBS玻璃,以及50wt%~60wt%的Mg2Al4Si5O18,所述MBS玻璃的成分包括:25wt%~35wt%的 MgO,50wt%~60wt%的B2O3,5wt%~15wt%的SiO2,0wt%~5wt%的CaO,0wt%~5wt%的 Li2O。 优选地,所述低温烧结低介微波陶瓷材料主晶相为Mg2Al4Si5O18,次晶相为Al4B2O9 和Mg2B2O5。 本发明还提供一种低温烧结低介微波陶瓷材料的制备方法,包括以下步骤: (1)以MgO、Al2O3、SiO2为原料,按照Mg2Al4Si5O18摩尔比进行配料,混合均匀,然后加 入去离子水用做溶剂,球磨后烘干过40目筛,预烧,得到预烧料; (2)以MgO、H3BO3、SiO2、CaCO3、Li2CO3为原料,将所述原料混合均匀后加入去离子水 做溶剂,球磨后烘干,过筛,预烧,熔融后再破碎并球磨成粉,得到玻璃粉料; (3)将步骤(1)所得预烧料和步骤(2)所得玻璃粉料进行混合,经过球磨后烘干得 到干燥混合粉体; (4)将步骤(3)所得干燥混合粉体依次经过造粒、干压成型、排胶后得到生坯,将所 3 CN 111574212 A 说 明 书 2/6 页 述生坯进行低温烧结,即获得所述低温烧结低介微波介质陶瓷材料。 优选地,所述步骤(3)中,将预烧料和玻璃粉料按照质量比为6:4~5:5进行混合。 优选地,所述步骤(2)中玻璃粉料中含25wt%~35wt%的MgO,50wt%~60wt%的 B2O3,5wt%~15wt%的SiO2,0wt%~5wt%的CaO,0wt%~5wt%的Li2O。 优选地,所述步骤(4)中生坯进行低温烧结的温度为900℃~1000℃,烧结时间为 0.5~3小时。 本发明的有益效果在于: (1)材料采用的成分中MBS玻璃不含有毒成分,制得的陶瓷比掺复合助烧剂中 Bi2O3、V2O5、LiF的有毒物质更安全环保,能显著降低陶瓷的烧结温度,且不与金属银发生化 学反应。 (2)Mg2Al4Si5O18陶瓷的Qf>40000GHz,Qf为品质因数和谐振频率的乘积,相比于 Li2MgSiO4的陶瓷性能更优异,Li2MgSiO4的Qf=15000GHz,Qf越大微波介电性能越好,其次 Mg2Al4Si5O18的τf=-24ppm/℃(τf越接近零温度稳定性越好),Li2MgSiO4的τf=-170ppm/℃, Mg2Al4Si5O18陶瓷的应用前景更好。 (3)本发明的陶瓷材料通过采用本发明中的低温烧结低介微波陶瓷材料的制备方 法,所需要的低温烧结温度为900℃~1000℃,烧结时间为0.5~3小时,烧结时间相较于 Li2MgSiO4陶瓷材料的2~6小时的烧结时间相比更节能。 (4)利用固相法制备陶瓷材料工艺简单、重复本发明的制备方法步骤进行实验能 够制备出相同性能的陶瓷,重复性好,易于实现,能够制备出低损耗且性能稳定能与银电极 材料实现低温(低于950℃)烧结的具有低介电常数的微波陶瓷材料。 附图说明 图1为本发明实施例1-5的微波陶瓷材料的XRD衍射分析图。 图2为本发明实施例1的微波陶瓷材料的SEM图。 图3为本发明实施例4的微波陶瓷材料的SEM图。
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