一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法与流程

本发明属于陶瓷材料，具体涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

1、在微波毫米波频段领域，ltcc多层陶瓷封装基板被广泛应用，其不仅起着承载射频芯片、数字芯片、功率芯片等芯片的封装功能，其特殊的多层结构还能内埋电阻、电容、电感等无源元件，与传统pcb电路相比，具有散热性能好、体积小、高频性能优良的特点。随着基板使用的频率以及封装有源/无源元件的密度越来越高，要求ltcc基板材料具有高强度、低介数和低损耗的特性。

2、目前较为常用的ltcc材料有a6m材料、杜邦951等，其中，a6m材料的抗折强度较低，约为150mpa，不能满足高密度封装对于基板材料的应用需求；而杜邦951则是采用si-pb-b系玻璃作为低烧助剂、氧化铝作为陶瓷填充相制备低介低损耗ltcc材料，但si-pb-b系玻璃在烧结时无法析晶，导致材料的介电损耗较高(介电损耗：0.006@3ghz)，也无法应用于高频封装基板领域。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的首要目的在于提供一种低温共烧陶瓷材料，该低温共烧陶瓷材料具有低介低损耗的特性，并且具有优异的抗折强度和微波介电性能，可应用于高频封装基板领域。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明第一方面公开了一种低温共烧陶瓷材料，其包括复相陶瓷粉体，所述复相陶瓷粉体由la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃、陶瓷填充相和掺杂相混合而成，其中，所述陶瓷填充相为微波介质陶瓷，所述掺杂相为cuo。

4、本发明以la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃作为玻璃相，采用微波介质陶瓷作为陶瓷填充相，在烧结前期la2o3-mgo-b2o3玻璃起着助熔作用，在烧结后期析晶成低损耗相，降低材料的介质损耗。

5、本文中采用的镧系微晶玻璃，其不仅具有优异的软化点，较低的温度软化点能够与银导体浆料的烧结致密化进程吻合，保证与银导体共烧的匹配性，而且镧系玻璃比较容易析晶成低损耗相(如labo3、ca3la(bo3)4相等)，从而保证材料的低损耗的特性。在镧硼玻璃体系中掺入mgo，不仅可以使微晶玻璃的软化点在较宽的温度范围内可调(tg:620℃～680℃)，还能够调整微晶玻璃的析晶相的晶粒呈树枝状，不仅能够降低材料的介质损耗，而且树枝状晶粒还能显著提升材料的抗折强度。并且通过在复相陶瓷中掺杂cuo在烧结时不仅能够作为液相促进烧结，还能够促进la2o3-mgo-b2o3玻璃的析晶。

6、进一步方案，所述微波介质陶瓷为al2o3、sio2或zn2sio4，通过选择采用不同的微波介质陶瓷可获得不同介电常数的低温共烧陶瓷材料，具体可根据实际需要进行选择。

7、进一步方案，所述复相陶瓷粉体的化学组成为(1-x-y)r+xlmb(la2o3-mgo-b2o3)+ycuo，其中，r表示陶瓷填充相，x、y表示质量占比，0.40≤x≤0.55，0≤y≤0.1。

8、进一步方案，所述la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃中各原料组成按照质量分数计如下：

9、la2o3：17％～28％、mgo：10～21％、b2o3：45％～65％、zro2：0.5％～1.2％、tio2：0.2％～1.0％、na2o：0％～2.0％、al2o3：0％～2.0％。

10、优选的，la2o3：17％～25％、mgo：15％～21％、b2o3：54.2％～64.3％、zro2：0.5％～1.0％、tio2：0.2％～0.5％、na2o：0％～2.0％、al2o3：0％～1.0％。

11、优选的，la2o3：17％～20％、mgo：15％～21％、b2o3：58％～64.3％、zro2：0.5％～1.0％、tio2：0.2％～0.5％、na2o：0％～2.0％、al2o3：0.5％～1.0％。

12、优选的，la2o3：20％、mgo：15％、b2o3：64.3％、zro2：0.5％、tio2：0.2％制备而成。

13、本发明第二方面提供了一种如本发明第一方面所述的低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

14、制备la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃；

15、将la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃、陶瓷填充相和掺杂相混合制成复相陶瓷粉体；

16、将所述复相陶瓷粉体通过流延工艺，获得ltcc生瓷带。

17、进一步方案，所述la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃的制备包括以下步骤：

18、熔制玻璃：按照配比称取原料后，充分混合形成混合料；将所述混合料熔制成玻璃渣；

19、玻璃球磨：将玻璃渣粗磨后，进行球磨，制得lmb玻璃粉体。

20、进一步方案，所述熔制玻璃的温度为1200℃～1300℃，时间为0.5h～1.0h。

21、进一步方案，所述球磨的转速为350r/min～400r/min。

22、本发明第三方面提供了如本发明第一方面所述的低温共烧陶瓷材料或者采用如本发明第二方面所述的制备方法制得的低温共烧陶瓷材料在制备低温共烧陶瓷基板中的应用。

23、本发明第四方面提供了一种低温共烧陶瓷基板，含有如本发明第一方面所述的低温共烧陶瓷材料或者采用如本发明第二方面所述的制备方法制得的低温共烧陶瓷材料。

24、可以理解的是，本文中所述的流延工艺没有特别的限定，可采用本领域中常规的流延配方和工艺。

25、本发明的有益效果：

26、(1)la2o3-mgo-b2o3玻璃具有低的软化点，在烧结前期形成液相促进颗粒的流动传质，降低烧结陶瓷的孔隙率，在烧结后期析晶成labo3相，labo3相的介电常数约为7.5，且q×f约为70000ghz，具有低介低损耗的特性，可以显著降低玻璃体系的介电损耗，从而使得此玻璃陶瓷复合体系的低介低损耗的特性。

27、(2)在(1-x-y)r+xlmb(la2o3-mgo-b2o3)+ycuo陶瓷玻璃的复相体系烧结过程中，掺入少量cuo会降低复相陶瓷的烧结温度，且能够促使lmb微晶玻璃的析晶，进一步降低陶瓷玻璃体系的损耗。

28、(3)通过控制陶瓷玻璃体系中lmb玻璃的比例，可以有效降低复相体系的烧结温度，且lmb系微晶玻璃容易析出树枝状labo3相，树枝状晶粒在复相陶瓷中起加筋左右，使得复相陶瓷的抗折强度显著提高的同时且具有优异的微波介电性能。

29、(4)本发明制备的(1-x-y)r+xlmb(la2o3-mgo-b2o3)+ycuo系玻璃陶瓷材料在850℃～900℃的范围内烧结，其介电常数为6.9～7.8(30ghz)，介电损耗为0.0008～0.0013(30ghz)，且可以与ag导体共烧，是一种新型的低介ltcc基板材料。

技术特征：

1.一种低温共烧陶瓷材料，其特征在于，其包括复相陶瓷粉体，所述复相陶瓷粉体由la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃、陶瓷填充相和掺杂相混合而成，其中，所述陶瓷填充相为微波介质陶瓷，所述掺杂相为cuo。

2.如权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述微波介质陶瓷为al2o3、sio2或zn2sio4。

3.如权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述复相陶瓷粉体的化学组成为(1-x-y)r+xlmb(la2o3-mgo-b2o3)+ycuo，其中，r表示陶瓷填充相，x、y表示质量占比，0.40≤x≤0.55，0≤y≤0.1。

4.如权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃中各原料组成按照质量分数计如下：

5.一种如权利要求1～4任一项所述的低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述la2o3-mgo-b2o3微晶玻璃的制备包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述熔制玻璃的温度为1200℃～1300℃，时间为0.5h～1.0h。

8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述球磨的转速为350r/min～400r/min。

9.如权利要求1～4任一项所述的低温共烧陶瓷材料或者采用如权利要求5～8任一项所述的制备方法制得的低温共烧陶瓷材料在制备低温共烧陶瓷基板中的应用。

10.一种低温共烧陶瓷基板，其特征在于，含有如权利要求1～4任一项所述的低温共烧陶瓷材料或者采用如权利要求5～8任一项所述的制备方法制得的低温共烧陶瓷材料。

技术总结
本发明公开了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包括复相陶瓷粉体，所述复相陶瓷粉体由La<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑MgO‑B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;微晶玻璃、陶瓷填充相和掺杂相混合而成，其中，所述陶瓷填充相为微波介质陶瓷，所述掺杂相为CuO。该低温共烧陶瓷材料具有低介低损耗的特性，并且具有优异的抗折强度和微波介电性能，可应用于高频封装基板领域。

技术研发人员：吕洋,王明明,兰耀海,马涛
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23