一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)ltcc微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于電子陶瓷及其制造【技術(shù)領(lǐng)域】。該溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的配方通式為：Bi3(Nb1-xVx)O7，其中0.0001≤x≤0.3。本發(fā)明的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料能夠在較低的溫度（850～900℃）下燒結(jié)致密成瓷，且具有優(yōu)異的微波介電性能，可作為L(zhǎng)TCC微波介質(zhì)材料使用。該陶瓷材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、在微波頻段的介電常數(shù)εr在76.0～95.0范圍內(nèi)可調(diào)；2、品質(zhì)因數(shù)Qf=250～615GHz；3、諧振頻率溫度系數(shù)TCF值在-112至+3.3ppm/℃范圍內(nèi)可調(diào)；4、燒結(jié)溫度低（850～900℃）；5、能夠與金屬Ag電極共燒匹配；6、制備工藝簡(jiǎn)單；7、應(yīng)用范圍廣。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子陶瓷及其制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC)技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無(wú)源集成的主流技術(shù)，成為無(wú)源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向和新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。利用LTCC制備片式無(wú)源集成器件和模塊具有許多優(yōu)點(diǎn)，首先，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性;第二，使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；第三，可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通PCB電路基板優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；第四，可將無(wú)源組件埋入多層電路基板中，有利于提高電路的組裝密度；第五，具有較好的溫度特性，如較小的熱膨脹系數(shù)、較小的介電常數(shù)溫度系數(shù)，可以制作層數(shù)極高的電路基板，可以制作線(xiàn)寬小于50 μ m的細(xì)線(xiàn)結(jié)構(gòu)。另外，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝允許對(duì)生坯基板進(jìn)行檢查，從而提高成品率，降低生產(chǎn)成本。
[0003]LTCC器件按其所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用，大體可分為L(zhǎng)TCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模炔基板。國(guó)內(nèi)LTCC器件的開(kāi)發(fā)比國(guó)外至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。
[0004]LTCC功能器件和模塊主要用于GSM、CDMA和PHS手機(jī)、無(wú)繩電話(huà)、WLAN和藍(lán)牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無(wú)繩電話(huà)外，這幾類(lèi)產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)是近5年才發(fā)展起來(lái)的。國(guó)內(nèi)的終端產(chǎn)品為了盡快搶占市場(chǎng)，最初的設(shè)計(jì)方案大都是從國(guó)外買(mǎi)來(lái)的，甚至方案與元器件打包采購(gòu)，其所購(gòu)方案都選用了 國(guó)外元器件。前幾年終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的主要目標(biāo)是擴(kuò)大市場(chǎng)份額，成本壓力不大，無(wú)法顧及元器件國(guó)產(chǎn)化。隨著終端產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩，價(jià)格和成本競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈，元器件的國(guó)產(chǎn)化必將提上議事日程，這將為國(guó)內(nèi)LTCC器件的發(fā)展提供良好的市場(chǎng)契機(jī)。
[0005]中國(guó)電子學(xué)會(huì)元件分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)陳福厚表示，國(guó)內(nèi)LTCC行業(yè)面臨的問(wèn)題主要是原材料的問(wèn)題。目前原材料的來(lái)源主要有三種方式:其一，直接從國(guó)外進(jìn)口生帶；其二，買(mǎi)瓷粉，自己做生帶；其三，自己研制瓷粉。其中從國(guó)外進(jìn)口生帶成本最高，而自己研制瓷粉周期過(guò)長(zhǎng)，因此，目前國(guó)內(nèi)LTCC行業(yè)主要從國(guó)外進(jìn)口瓷粉，自己做生帶。因此，研究開(kāi)發(fā)頻率系列化(要求介電常數(shù)系列化)且燒結(jié)溫度低的環(huán)保型微波介質(zhì)陶瓷材料已成為目前國(guó)內(nèi)LTCC器件發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，該材料能夠在較低的溫度下燒結(jié)致密成瓷，在微波頻段具有高介電常數(shù)，并具有良好的溫度穩(wěn)定性，與金屬Ag電極能夠共燒匹配,能夠用于制備LTCC微波介質(zhì)器件。[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，組成表達(dá)式為=Bi3 (NlvxVx) O7,其中，0.0001<X<0.3。
[0009]所述的陶瓷材料的微波頻段的介電常數(shù)ε r=76.0~95.0,諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-112 ~+3.3ppm/°C，品質(zhì)因數(shù) Qf=250 ~615GHz。
[0010]所述的陶瓷材料能夠與金屬Ag電極共燒匹配。
[0011]一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTC C微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0012]I)將原料Bi2O3' Nb2O5和V2O5按組成通式Bi3(Nb1-Jx)O7配料，其中，
0.0001 <X < 0.3 ;
[0013]2)將混合后的原料充分球磨,球磨后烘干、過(guò)篩并壓制成塊狀體,然后在700~750°C下保溫4~8h，得到樣品燒塊；
[0014]3)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干，然后造粒，造粒后過(guò)篩，得到所需的二次顆粒;
[0015]4)將二次顆粒壓制成型，在850~900°C下燒結(jié)I~3h，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0016]所述步驟2)的球磨是將混合后的原料置于尼龍罐中，加入酒精后，球磨4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過(guò)篩是用120目的篩網(wǎng)。
[0017]所述步驟3)的球磨時(shí)間為4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過(guò)篩是經(jīng)80目與120目的雙層篩網(wǎng)。
[0018]步驟4)所述的壓制成型是壓制成片狀或柱狀。
[0019]步驟4)所述的燒結(jié)是在空氣氛圍下的燒結(jié)。
[0020]一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料在制備微波介質(zhì)器件中的應(yīng)用，所述的微波介質(zhì)器件為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質(zhì)諧振器或?yàn)V波器、低溫共燒陶瓷系統(tǒng)、陶瓷基板或多芯片組件。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料以Bi3NbO7為基礎(chǔ)，根據(jù)晶體化學(xué)原理和電介質(zhì)有關(guān)理論，選取五價(jià)離子V5+與Nb5+形成的復(fù)合離子取代Bi3NbO7中的B位五價(jià)離子Nb5+，得到Bi3(NVxVx)O7，當(dāng)選取合適的取代量(0.0001<x<0.3)時(shí)可以得到一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，該材料可以在不添加任何燒結(jié)助劑的前提下，在較低的燒結(jié)溫度(850~900°C)范圍內(nèi)燒結(jié)致密成瓷。
[0023]本發(fā)明采用了簡(jiǎn)單有效的固相反應(yīng)燒結(jié)的方法，首先通過(guò)選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物，通過(guò)一次球磨使得原料混合均勻，通過(guò)預(yù)燒結(jié)過(guò)程使得原料進(jìn)行初步的化學(xué)反應(yīng)，再通過(guò)二次球磨細(xì)化反應(yīng)物的顆粒尺寸，最后通過(guò)燒結(jié)過(guò)程得到陶瓷材料產(chǎn)品。
[0024]通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的介電常數(shù)K在76.0~95.0范圍內(nèi)可調(diào)，諧振頻率溫度系數(shù)TCF值在-112至+3.3ppm/°C范圍內(nèi)可調(diào)，品質(zhì)因數(shù)Qf=250~615GHz，能夠與金屬Ag電極共燒匹配，因此本發(fā)明提供的Bi3(Nb1-Jx)O7材料能夠應(yīng)用于制備LTCC微波介質(zhì)器件。
[0025]本發(fā)明制備方法操作簡(jiǎn)單，環(huán)境友好，使之適用于LTCC技術(shù)的需要，能夠用于制備微波介質(zhì)器件，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0027]依本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的配方通式為:Bi3 (Nb1-Jx) O7，其中，0.0001≤X≤0.3。以五價(jià)離子V5+與Nb5+形成的復(fù)合離子取代Bi3NbO7中的B位五價(jià)離子Nb5+。
[0028]所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的具體制備方法是:
[0029]將高純化學(xué)原料Bi2O3' Nb2O5和V2O5按組成通式Bi3 (Nb1-Jx) O7配料，其中，
0.0001 ^ X ^ 0.3 ;將混合后的原料充分球磨4~6小時(shí)，磨細(xì)后烘干、過(guò)篩、壓塊，然后在700~750°C下保溫4~8小時(shí)；
[0030]將保溫后的塊體粉碎后進(jìn)行二次球磨，磨細(xì)后烘干、造粒、過(guò)80目與120目的雙層篩網(wǎng)，得到所需的二次顆粒；
[0031]將二次顆粒壓制成型，在850~900°C下燒結(jié)I~3小時(shí)，得到該溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0032]實(shí)施例1
[0033]一種溫度穩(wěn)定型低 溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0034]I)將分析純的化學(xué)原料Bi203、Nb2O5和V2O5按配方通式Bi3(Nba 9999Vacicm)O7配料，混合后，充分球磨5小時(shí)，然后在120°C下烘干，過(guò)120目篩后壓塊，然后在750°C下保溫4小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0035]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時(shí)后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0036]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在850~90(TC空氣下燒結(jié)2小時(shí)成瓷，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0037]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0038]850~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^95.0，品質(zhì)因子Qf=250GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-112ppm/°C(25~85°C )，與金屬Ag電極能夠共燒匹配。
[0039]實(shí)施例2
[0040]一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:[0041 ] I)將分析純的化學(xué)原料Bi203、Nb205和V2O5按配方通式Bi3 (Nb0.9V0.1) O7配料，混合后，充分球磨4小時(shí)，然后在100°C下烘干，過(guò)120目篩后壓塊，然后在700°C下保溫5小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0042]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨4小時(shí)后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0043]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在850~90(TC空氣下燒結(jié)I小時(shí)成瓷，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0044]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):[0045]850~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^80.0，品質(zhì)因子Qf=615GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-22ppm/°C (25~85°C )，與金屬Ag電極能夠共燒匹配。
[0046]實(shí)施例3
[0047]一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0048]I)將分析純的化學(xué)原料Bi203、Nb205和V2O5按配方通式Bi3 (Nb0.8V0.2) O7配料，混合后，充分球磨6小時(shí)，然后在140°C下烘干，過(guò)120目篩后壓塊，然后在700°C下保溫8小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0049]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨6小時(shí)后，在140°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0050]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在850~900°C空氣下燒結(jié)3小時(shí)成瓷，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0051]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0052]850~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^76.0，品質(zhì)因子Qf=460GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=+3.3ppm/°C(25~85°C )，與金屬Ag電極能夠共燒匹配。
[0053]實(shí)施例4
[0054]一種溫度穩(wěn)定型低 溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0055]I)將分析純的化學(xué)原料Bi203、Nb205和V2O5按配方通式Bi3 (Nb0.7V0.3) O7配料，混合后，充分球磨4小時(shí)，然后在120°C下烘干，過(guò)120目篩后壓塊，然后在720°C下保溫6小時(shí)，得到樣品燒塊；
[0056]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨4小時(shí)后，在100°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0057]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在850~90(TC空氣下燒結(jié)3小時(shí)成瓷，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0058]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0059]850~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^80.2，品質(zhì)因子Qf=285GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-82ppm/°C (25~85°C )，與金屬Ag電極能夠共燒匹配。
[0060]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】?jī)H限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專(zhuān)利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，該陶瓷材料的組成表達(dá)式為=Bi3(Nb1-Jx)O7,其中，0.0001≤ X ≤ 0.3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，所述的陶瓷材料的微波頻段的介電常數(shù)ε r=76.0~95.0,諧振頻率溫度系數(shù)TCF=_112~+3.3ppm/°C，品質(zhì)因數(shù) Qf=250 ~615GHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于，所述的陶瓷材料能夠與金屬Ag電極共燒匹配。
4.一種溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
1)將原料Bi2O3^Nb2O5 和 V2O5 按組成通式 Bi3 (NVxVx) O7 配料，其中，0.0001 ≤x ≤ 0.3 ； 2)將混合后的原料充分球磨，球磨后烘干、過(guò)篩并壓制成塊狀體，然后在700~750°C下保溫4~8h，得到樣品燒塊； 3)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干，然后造粒，造粒后過(guò)篩，得到所需的二次顆粒； 4)將二次顆粒壓制成型，在850~900°C下燒結(jié)I~3h，得到溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述步驟2)的球磨是將混合后的原料置于尼龍罐中，加入酒精后，球磨4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過(guò)篩是用120目的篩網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，所述步驟3)的球磨時(shí)間為4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過(guò)篩是經(jīng)80目與120目的雙層篩網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟4)所述的壓制成型是壓制成片狀或柱狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于，步驟4)所述的燒結(jié)是在空氣氛圍下的燒結(jié)。
9.一種如權(quán)利要求1所述的溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料在制備微波介質(zhì)器件中的應(yīng)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的微波介質(zhì)器件為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質(zhì)諧振器或?yàn)V波器、低溫共燒陶瓷系統(tǒng)、陶瓷基板或多芯片組件。
【文檔編號(hào)】C04B35/495GK103467092SQ201310379784
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】龐利霞, 周迪, 劉衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)