低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法及微波器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法及微波器件；該材料包括(Ba(1-a)Sra)5(Nb(1-b)Sbb)4O15和鋅硼玻璃，其中a≤0.05，b≤0.1；本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的銅元素引入增大介電損耗，并且該材料不溶于水、乙醇等溶劑，且不與PVA、PVB等粘結(jié)劑發(fā)生膠凝反應(yīng)，符合LTCC工藝要求，且本發(fā)明品質(zhì)因數(shù)高，頻率諧振溫度系數(shù)可調(diào)，可以制成多層或單層介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的微波器件，更適合高頻和變溫的微波通信領(lǐng)域應(yīng)用；涉及的原料來源廣泛，價格適宜，工藝簡單，具有較低的生產(chǎn)成本，適合微波介質(zhì)陶瓷器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；微波介質(zhì)材料的介電損耗低、品質(zhì)因數(shù)高，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)，滿足高頻化、變溫化的高可靠應(yīng)用領(lǐng)域要求。
【專利說明】低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法及微波器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波通信用介質(zhì)諧振器、振蕩器等微波元器件的微波介質(zhì)陶瓷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法及微波器件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)對小型化、集成化、模塊化以及低成本的元器件的迫切需求，具有優(yōu)異的電學(xué)、機械、熱性能以及高的可靠性的低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramics, LTCC)技術(shù)已經(jīng)成為通信用元器件制造的普遍選擇技術(shù)。LTCC技術(shù)最大的特征在于采用金屬(如Ag)作為多層布線導(dǎo)體材料，提高信號傳輸速率以及可靠性，并且可以將多個微波電子元器件埋于基板中燒結(jié)提高成倍組裝密度。采用此技術(shù)制備的元器件具有介電損耗低、可靠性高、成本低等優(yōu)點，有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]由于金屬Ag電極的熔點在960°C，為了實現(xiàn)與陶瓷共燒，LTCC技術(shù)要求陶瓷的燒結(jié)溫度低于900°C。目前大多數(shù)具有優(yōu)異性能的微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度高于1200°C，具有優(yōu)異微波介電性能的Ba5Nb4O15陶瓷也是如此。據(jù)報道，Ba5Nb4O15微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)為ε r=39,品質(zhì)因數(shù)QXf=23700GHz，諧振頻率溫度系數(shù)τ f=78ppm/°C，但是燒結(jié)溫度高于 1380°C (S.Kamba etc.Highfrequency dielectric properties of A5B4015microwaveceramics, Journal of Applied Physics, 200189 (7) 3900-3906)。為了實現(xiàn)與 Ag 電極的低溫共燒，Kin.J.R 等人在《Journal of the American Society》2002 年 85 卷 “MicrowaveDielectric Properties of Low-Fired Ba5Nb4015”一文中指出在陶瓷加入低熔點氧化物B2O3可以將燒結(jié)溫度降至900°C，品質(zhì)因數(shù)QXf=18700GHz，同時也可以使諧振頻率溫度系數(shù)接近零。但是采用上述方案制備LTCC依然存在較多的不足，具體表現(xiàn)在B2O3易溶于水、乙醇等溶劑，并且與最常用的PVA、PVB等粘結(jié)劑發(fā)生膠凝反應(yīng)，使得陶瓷粉體經(jīng)流延后不能獲得高密度的陶瓷膜片。中國專`利申請201210478550公開了采用CuO與B2O3預(yù)燒混合物降低燒結(jié)溫度，實現(xiàn)了較好的結(jié)果，但是此材料中由于銅元素的存在，使損耗增大，品質(zhì)因數(shù)降低。
[0004]因此，需要一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，不含有銅元素，并可以進一步改善以Ba5Nb4O15陶瓷為主的微波材料介電性能，同時該材料不溶于水、乙醇等溶劑，且不與PVA、PVB等粘結(jié)劑發(fā)生膠凝反應(yīng)，符合LTCC工藝要求，可以獲得高密度的陶瓷膜片，并且來源廣泛，成本低，適合微波介質(zhì)陶瓷器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明目的是提供一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料、制備方法及微波器件，不含有銅元素，并可以進一步改善以Ba5Nb4O15陶瓷為主的微波材料介電性能，同時該材料不溶于水、乙醇等溶劑，且不與PVA、PVB等粘結(jié)劑發(fā)生膠凝反應(yīng)，符合LTCC工藝要求，可以獲得高密度的陶瓷膜片，并且來源廣泛，成本低，適合微波介質(zhì)陶瓷器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。[0006]本發(fā)明公開的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，包括(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)SbJ4O15和鋅硼玻璃，其中a≤0.05，b≤0.1。
[0007]進一步，還包括BaNb2O6 ；
[0008]進一步，
[0009]該陶瓷材料為ywt%[ (1-x) (Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)Sbb) 4015一XBaNb2O6] +zwt% 鋅硼玻璃，其中 X ≤ 0.3，0〈z ( 20，y+z=100o
[0010]進一步，所述鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50% ；
[0011]進一步，x=0.05 ~0.3 ;
[0012]進一步，x=0.05 ~0.2。
[0013]本發(fā)明還公開了一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]a.制備(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015 陶瓷粉體;
[0015]b.制備BaNb2O6陶瓷粉體；
[0016]c.制備鋅硼玻璃粉 體；
[0017]d.稱取(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015陶瓷粉體、BaNb2O6陶瓷粉體和鋅硼玻璃并形成混合粉料。
[0018]進一步,步驟a中，按?a(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b) Sbb) 4015的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鍶化合物、含鈮化合物、含銻化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在 900°C~1200°C保溫 I ~6 小時得到(Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)Sbb)4015 陶瓷粉體；
[0019]步驟b中，按BaNb2O6的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鈮化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在900°C~1200°C保溫I~6小時得到BaNb2O6陶瓷粉體；
[0020]步驟c中，按鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50%稱取含鋅化合物和含硼化合物，將稱取的原料加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在1100°C~1500°C熔成液態(tài)玻璃，并經(jīng)水淬和粉碎得到低熔點玻璃粉體；
[0021]進一步，所述含鋇化合物為碳酸鋇或硝酸鋇，含鍶化合物為碳酸鍶或硝酸鍶，含鈮化合物為五氧化二鈮或硝酸鈮，含銻化合物為三氧化二銻或五氧化二銻，含鋅化合物為氧化鋅或者醋酸鋅，含硼化合物為含硼化合物為硼酸或硼肝。
[0022]本發(fā)明還公開了一種微波器件，由所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料制成的多層或單層介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:采用小半徑的2價鍶元素和5價銻元素協(xié)同摻雜提高Ba5Nb4O15陶瓷品質(zhì)因數(shù)，同時采用的鋅硼低熔點玻璃降溫效果明顯，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的銅元素引入增大介電損耗，并且該材料不溶于水、乙醇等溶劑，且不與PVA、PVB等粘結(jié)劑發(fā)生膠凝反應(yīng)，符合LTCC工藝要求，且本發(fā)明品質(zhì)因數(shù)高，頻率諧振溫度系數(shù)可調(diào)，可以制成多層或單層介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的微波器件，更適合高頻和變溫的微波通信領(lǐng)域應(yīng)用；涉及的原料來源廣泛，價格適宜，工藝簡單，具有較低的生產(chǎn)成本，適合微波介質(zhì)陶瓷器件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；微波介質(zhì)材料的介電損耗低、品質(zhì)因數(shù)高，諧振頻率溫度系數(shù)可調(diào)，滿足高頻化、變溫化的高可靠應(yīng)用領(lǐng)域要求。
【具體實施方式】[0024]本發(fā)明公開的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，包括(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)SbJ4O15和鋅硼玻璃，其中a < 0.05，b < 0.1 ;鋅硼低熔點玻璃能夠顯著降低(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015陶瓷的燒結(jié)溫度，使得陶瓷可以在低溫下與Ag電極共燒，且不會過多降低材料介電性能。
[0025]本實施例中，還包括BaNb2O6 ;采用BaNb2O6負的頻率溫度系數(shù)的特性，調(diào)節(jié)體系的頻率諧振溫度系數(shù)，提高器件的溫度可靠性，使器件適用于變溫應(yīng)用場合。
[0026]本實施例中，
[0027]該陶瓷材料為ywt%[ (1-x) (Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)Sbb) 4015一XBaNb2O6] +zwt% 鋅硼玻璃，其中 X ≤ 0.3，0〈z ( 20，y+z=100o
[0028]進一步，所述鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50% ；
[0029]進一步，x=0.05 ~0.3 ;
[0030]進一步，x=0.05 ~0.2。
[0031]本發(fā)明還公開了一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0032]a.制備(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015 陶瓷粉體;
[0033]b.制備BaNb2O6陶瓷粉體；
[0034]c.制備鋅硼玻璃粉體；
[0035]d.稱取(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015陶瓷粉體、BaNb2O6陶瓷粉體和鋅硼玻璃并形成混合粉料。
[0036]進一步,步驟a中，按(Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b) Sbb) 4015的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鍶化合物、含鈮化合物、含銻化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在 900°C~1200°C保溫 I ~6 小時得到(Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)Sbb)4015 陶瓷粉體；
[0037]步驟b中，按BaNb2O6的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鈮化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在900°C~1200°C保溫I~6小時得到BaNb2O6陶瓷粉體；
[0038]步驟c中，按鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50%稱取含鋅化合物和含硼化合物，將稱取的原料加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在1100°c~1500°C熔成液態(tài)玻璃，并經(jīng)水淬和粉碎得到低熔點玻璃粉體；
[0039]本實施例中，所述含鋇化合物為碳酸鋇或硝酸鋇，含鍶化合物為碳酸鍶或硝酸鍶，含鈮化合物為五氧化二鈮或硝酸鈮，含銻化合物為三氧化二銻或五氧化二銻，含鋅化合物為氧化鋅或者醋酸鋅，含硼化合物為含硼化合物為硼酸或硼肝。
[0040]本發(fā)明還公開了一種多層或單層介質(zhì)層結(jié)構(gòu)微波器件；經(jīng)過步驟d得到的微波介質(zhì)材料加入適量丙酮、適量乙醇、適量三油酸甘油酯、適量PVB和適量的DBP后加入球磨罐中球磨3h后，經(jīng)除泡機除泡后流延、切割、印刷電路、疊層、燒結(jié)得到該微波器件，該微波器件可以是微波基板、多層電容器、LC濾波器、溫度補償濾波器等器件。
[0041]下表為本發(fā)明的具體實施例，參數(shù)為最終的微波器件檢測所得:
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:包括(Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)SbJ4O15和鋅硼玻璃，其中a≤0.05，b≤0.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:還包括BaNb206。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:該陶瓷材料為ywt%[ (1-x) (Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)SbJ4O15—XBaNb2O6]+2?^%鋅硼玻璃，其中 x < 0.3,0〈z ( 20,y+z=100。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:所述鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:x=0.05~0.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于:x=0.05~0.2。
7.—種低溫?zé)Y(jié)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:
a.制備(Ba(1_a)Sra)5(Nb(H3)Sbb)4O15陶瓷粉體; b.制備BaNb2O6陶瓷粉體； c.制備鋅硼玻璃粉體； d.稱取(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)SbJ4O15陶瓷粉體、BaNb2O6陶瓷粉體和鋅硼玻璃并形成混合粉料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于:步驟a中，按(Ba(1_a)Sra) 5 (Nb(1_b)Sbb) 4015的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鍶化合物、含鈮化合物、含銻化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在900°C~1200°C保溫 I ~6 小時得到(Ba(1_a)Sra)5(Nb(1_b)Sbb)4015 陶瓷粉體； 步驟b中，按BaNb2O6的化學(xué)計量比稱取含鋇化合物、含鈮化合物加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在900°C~1200°C保溫I~6小時得到BaNb2O6陶瓷粉體； 步驟c中，按鋅硼玻璃中鋅的摩爾百分比為25%~50%稱取含鋅化合物和含硼化合物，將稱取的原料加入球磨罐中采用濕式球磨法混合球磨，在烘箱中烘干后在110 (TC~1500 V熔成液態(tài)玻璃，并經(jīng)水淬和粉碎得到低熔點玻璃粉體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，其特征在于:所述含鋇化合物為碳酸鋇或硝酸鋇，含鍶化合物為碳酸鍶或硝酸鍶，含鈮化合物為五氧化二鈮或硝酸鈮，含銻化合物為三氧化二銻或五氧化二銻，含鋅化合物為氧化鋅或者醋酸鋅，含硼化合物為含硼化合物為硼酸或硼肝。
10.一種微波器件,其特征在于:由權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料制成的多層或單層介質(zhì)層結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】C04B35/495GK103553610SQ201310528598
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】楊曉戰(zhàn), 雒文博, 李在映, 劉明龍, 江林 申請人:云南云天化股份有限公司