[发明专利]一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，所述低温共烧陶瓷材料含有主成分陶瓷材料和助剂材料，其中，主成分陶瓷材料含有以氧化物重量份计，48～75份的Si，10～20份的B，10～20份的Ti和25～20份的Al，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，助剂材料含有0.1～10重量份的选自ZnO和Fe₂O₃的至少一种以及1～10重量份的TaC。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low-temperaturecofiredceramics,LTCC)技术，就是将低温共烧陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，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出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在900℃共烧，制成三维电路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，在其表面可以贴装IC和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块。

国内LTCC产品的开发比国外发达国家至少落后5年。这主要是由于电子终端产品发展滞后造成的。LTCC功能组件和模块主要用于CSM，CDMA和PHS手机、无绳电话、WLAN和蓝牙等通信产品，除40多兆的无绳电话外，这几类产品在国内是近4年才发展起来的。深圳南玻电子有限公司引进了目前世界上最先进的设备，建成了国内第1条LTCC生产线，开发出了多种LTCC产品并己投产，如:片式LC滤波器系列、片式蓝牙天线、片式定向耦合器、片式平衡-不平衡转换器、低通滤波器阵列等，性能己达到国外同类产品水平，并己进入市场。目前，南玻电子正在开发LTCC多层基板和无线传输用的多种功能模块。

目前，清华大学材料系、上海硅酸盐研究所等单位正在实验室开发LTCC用陶瓷粉料，但还尚未到批量生产的程度。国内现在急需开发出系列化的、有自主知识产权的LTCC用陶瓷粉料，并专业化生产LTCC用陶瓷生带系列，为LTCC产业的开发奠定基础。

作为低温共烧陶瓷材料，通常是将B₂O₃-SiO₂系玻璃材料混入Al₂O₃等陶瓷材料中的玻璃陶瓷复合系。但由于起始原料必需使用玻璃，并且含有在烧成时易挥发的硼元素，因此得到的基板的组成存在不均匀，且存在弯曲强度差，与基板外部导体膜的结合强度不够等缺点。

发明内容

为克服前述现有技术的缺陷，本发明提供一种组成均匀，弯曲强度高的与导体膜结合度高的低温共烧陶瓷材料，主成分陶瓷材料含有以氧化物重量份计，48～75份的Si，10～20份的B，10～20份的Ti和25～20份的Al，相对于100重量份的主成分陶瓷材料，助剂材料含有0.1～10重量份的选自ZnO和Fe₂O₃的至少一种以及1～10重量份的TaC。

本发明的陶瓷材料，通过加入ZnO和Fe₂O₃的至少一种，增加了由低温烧结陶瓷材料形成的陶瓷层和由铜等低熔点金属材料形成的外部导体膜之间的反应性。

TaC是一种具有广阔应用前景的超高温陶瓷材料之一，熔点达到3880℃，杨氏模量为477～560GPa，维氏硬度达到20GPa，同时具有优异的热力学和化学稳定性。通常在硬质合金领域作为添加剂使用，可以提高合金的硬度及使用性能。本发明的陶瓷材料，首次采用了TaC作为助剂，较大的提高了陶瓷的弯曲强度，从后述的实验例可以了解到，得到的陶瓷基板具有293MPa以上的弯曲强度。并且，可以提高所得陶瓷基板对高温、高湿等环境条件的耐受性，还可以提高基板的耐化学品性，藉此可以抑制基板成分在镀液中的溶出。另外，虽然详细的机理不是很清楚，但是TaC的加入可以减少在低温烧结陶瓷材料的烧结过程中硼元素的挥发，克服得到的基板的组成存在不均匀的缺陷。