[发明专利]一种低介电常数低温共烧陶瓷材料及其生瓷带制备方法

说明书

一种低介电常数低温共烧陶瓷材料及其生瓷带制备方法，属于电子元器件领域。所述低温共烧陶瓷材料，包括：15％～50％的钾硼硅玻璃、15％～55％的氧化铝、40％～80％的氧化硅及3％～20％的氧化硼；所述钾硼硅玻璃的主原料包括氧化钾、氧化硼、氧化硅；所述氧化硅的粒径D50为1.5μm～2.5μm，所述氧化铝的粒径D50为3μm～6μm。所述生瓷带制备方法包括配料、一次球磨、高温熔炼、二次球磨、流延配料、丝网印刷、低温烧结等步骤。解决了现有LTCC材料在15GHZ高频下相对介电常数高，介电损耗高的问题。广泛应用于5G高频产品中。

技术领域

本发明属于电子元器件领域，进一步来说涉及LTCC陶瓷材料领域，具体来说，涉及低介电常数低温共烧陶瓷材料及其生瓷带制备方法。

背景技术

随着5G技术的应用，电子元器件市场快速增长，这要求电子元件朝着高频化和高集成化方向发展。低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired ceramics,LTCC)技术能够实现三大基础元器件(电阻、电容、电感)及其各种无源器件(如滤波器、变压器等)封装于多层布线基板中，并与有源器件(晶体管、IC模块)集成为完成的电路模块。其中，工程师在进行电路设计时大量使用相对介电常数在4～9之间的LTCC材料。由于材料的相对介电常数越低，信号的传输速度越快，传输延迟越低。当运行频率达到毫米波频段后，器件的尺寸大小将降低至毫米级别，和系统性能恶化相比，器件小型化的重要性降低。因此，为了克服频率增加带来的相关劣势，必须降低低温共烧陶瓷材料的相对介电常数。另一方面，与LTCC材料共烧的银、铜等金属的熔点低，这要求LTCC材料的烧结温度低于金属电极的熔点。综上，开发一款具有低相对介电常数的低温共烧陶瓷材料对于满足电子元器件的高频应用有着重要的意义。

当前商业化的LTCC材料普遍具有较高的介电常数，如Ferro公司的A6M材料，其材料体系为Ca-B-Si微晶玻璃，材料的相对介电常数为5.7，介电损耗为0.002；美国Dupont公司开发的一款相对介电常数为7.5的Dupont951材料，其材料体系为Pb-B-Si玻璃与氧化铝复合，该材料具有较高的介电损耗0.004。日本NEC公司开发一款MLS-25M的Al-B-Si玻璃与氧化铝陶瓷复合材料，1MHZ下其相对介电常数为4.8，介电损耗0.002，但在15GHz时该材料的介电损耗高达0.004。MLS-25M材料在高频下具有较高的损耗，不适用于5G应用。因此，开发一款在15GHZ高频下介电常数低于5、介电损耗低于0.003的低温共烧陶瓷材料对于5G应用具有重要的意义。

LTCC材料一般包括玻璃陶瓷体系(玻璃与结晶陶瓷的复合，其典型材料如Dupont951)、微晶玻璃体系(全玻璃体系的析晶，其典型材料如Ferro公司的A6M材料)。又如Dupont9K7材料，其囊括玻璃陶瓷和微晶玻璃两种体系的反应机制。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决现有LTCC材料在15GHZ高频下相对介电常数高于5，介电损耗高于0.004，限制LTCC材料的电子元器件在GHZ高频下的应用问题。

本发明的发明构思是，使用B₂O₃、Bi₂O₃、V₂O₅等低熔点氧化物作为陶瓷结晶相的烧结助剂，低熔点氧化物将能有效地降低陶瓷结晶相的烧结温度。以氧化硅和氧化铝作为结晶相的K-B-Si-Al钾硼硅体系低温共烧陶瓷材料，通过流延成型制备出厚度均匀、无缺陷的LTCC生瓷带，实现在15GHZ频率下相对介电常数低于5，且介电损耗低于0.003的LTCC陶瓷材料。

为此，本发明提供一种低相对介电常数低温共烧陶瓷材料，采用以氧化硅和氧化铝作为结晶相的K-B-Si-Al低温共烧陶瓷材料，按质量百分比，组分包括：15％～50％的钾硼硅玻璃、15％～55％的氧化铝、40％～80％的氧化硅及3％～20％的氧化硼。