[发明专利]热膨胀系数连续可调的低温共烧陶瓷材料和制备方法

说明书

本发明公开了一种热膨胀系数连续可调的低温共烧陶瓷材料和制备方法，其中陶瓷材料包括：8～20份Al₂O₃、15～45份SiO₂、10～25份ZrO₂、5～30份粉末A和/或5～30份粉末B、2～35份粉末C和/或2～35份粉末D，以及0～2份粉末E；其中，粉末A包括Bi₂O₃和H₃BO₃，粉末B包括Bi₂O₃、H₃BO₃和ZnO，粉末C包括Mg(OH)₂和SiO₂，粉末D包括CaCO₃、Mg(OH)₂和SiO₂，粉末E为Co₂O₃、MnO₂和Cr₂O₃中的一种或多种。通过本发明的技术方案，制备的低温共烧陶瓷材料的热膨胀系数在3.5～12ppm/℃范围内连续可调，可实现与不同材料之间的热匹配，在850℃烧结后表现出优良的微波性能，可应用于多种高频器件领域，且制备工艺简单、制造成本低，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及低温共烧陶瓷技术领域，尤其涉及一种热膨胀系数连续可调的低温共烧陶瓷材料和制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)技术能够实现多种无源元器件的三维集成，并且还能够通过表面贴装IC和有源器件，制成性能优异的有源/无源集成的功能模块。LTCC技术已经被广泛应用于汽车电子、医疗电子、LED封装、航空航天、军事电子及移动通信等领域，逐渐成为电子无源器件集成的主流技术之一，在推动信息技术发展的同时为电子元器件产业带来新的经济增长点。

低温共烧陶瓷材料是实现LTCC产品功能的基础原材料，必须在较低温度下(通常低于961℃)实现烧结致密化的前提下，与共烧的电极材料和介质材料保持良好的共烧匹配性，同时与表贴IC芯片和封装材料之间保持良好的热匹配性。通常，对LTCC材料热膨胀系数的要求是根据与其匹配的材料确定。随着通讯频率的增加，多种半导体芯片均实现了广泛的应用，其中Si芯片主要解决数据运算、存储，GaAs主要应用于光纤通信、解决数据传输的问题，GaN由于其在光电转换方面性能突出、微波信号传输效率高，适用于高温、高频、抗辐射及大功率器件。Si芯片的热膨胀系数为2.5ppm/℃，GaAs芯片的热膨胀系数为6.4ppm/℃，GaN芯片的热膨胀系数为5.5ppm/℃。为实现与半导体芯片的匹配性，LTCC材料必须在保证优异微波性能的基础上，具备不同的热膨胀系数。对于封装用的LTCC材料，还必须与PCB板具备良好的热匹配性。新型PCB板的热膨胀系数一般为11～12ppm/℃。近年来，异质LTCC材料共烧已经成为实现元器件多功能化的有效途径，材料间的热匹配性是保证元器件性能稳定的关键，用于复合共烧的LTCC材料的热膨胀系数通常都小于10ppm/℃。但是目前商用的LTCC材料种类较少，热膨胀系数也较为固定，例如Ferro公司的A6M材料的热膨胀系数为7ppm/℃，Dupont公司的951材料的热膨胀系数为5.8ppm/℃，9K7材料的热膨胀系数为4.4ppm/℃。由于与半导体芯片和封装材料之间热匹配性的问题，上述商用LTCC材料在使用过程中也受到诸多限制。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种热膨胀系数连续可调的低温共烧陶瓷材料和制备方法，该材料由8～20份Al₂O₃、15～45份SiO₂、10～25份ZrO₂、5～30份粉末A和/或5～30份粉末B、2～35份粉末C和/或2～35份粉末D，以及0～2份粉末E，该低温共烧陶瓷材料的热膨胀系数在3.5～12ppm/℃范围内连续可调、介电常数为6.5±0.5、介电损耗≤0.001、绝缘强度＞10¹⁴Ω·cm、抗弯强度≥150Mpa，在850℃烧结后表现出优良的微波性能，可应用于多种高频电子元器件领域。