一種釩基溫度穩(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
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料及其制備方法，屬于電子陶瓷及其制造【技術(shù)領(lǐng)域】。該釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的配方通式為：(Bi1-xYx)VO4，其中0.10≤x≤0.65。本發(fā)明的釩基溫度穩(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下燒結(jié)致密成瓷，且具有優(yōu)異的微波介電性能，可作為LTCC微波介質(zhì)材料使用。該陶瓷材料具有以下優(yōu)點：1、在微波頻段的介電常數(shù)εr在18.9至57.6較寬范圍內(nèi)可調(diào)；2、具有較高的品質(zhì)因數(shù)13,350～17,300GHz；3、諧振頻率溫度系數(shù)TCF值在-193至+103ppm/℃范圍內(nèi)可調(diào)；4、燒結(jié)溫度低（750～900℃）；5、制備工藝簡單。
【專利說明】一種釩基溫度穩(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】，具體涉及一種釩基溫度穩(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)展起來的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無源集成的主流技術(shù)，成為無源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向和新的元件產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長點。利用LTCC制備片式無源集成器件和模塊具有許多優(yōu)點，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，可以制作線寬小于50 μ m的細(xì)線結(jié)構(gòu)。另外，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝允許對生坯基板進(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LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模炔基板。國內(nèi)LTCC器件的開發(fā)比國外至少落后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、無繩電話、WLAN和藍(lán)牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近5年才發(fā)展起來的。國內(nèi)的終端產(chǎn)品為了盡快搶占市場，最 初的設(shè)計方案大都是從國外買來的，甚至方案與元器件打包采購，其所購方案都選用了國外元器件。前幾年終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的主要目標(biāo)是擴大市場份額，成本壓力不大，無法顧及元器件國產(chǎn)化。隨著終端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，價格和成本競爭將日趨激烈，元器件的國產(chǎn)化必將提上議事日程，這將為國內(nèi)LTCC器件的發(fā)展提供良好的市場契機。
[0005]中國電子學(xué)會元件分會秘書長陳福厚表示，國內(nèi)LTCC行業(yè)面臨的問題主要是原材料的問題。目前原材料的來源主要有三種方式:其一，直接從國外進(jìn)口生帶；其二，買瓷粉，自己做生帶；其三，自己研制瓷粉。其中從國外進(jìn)口生帶成本最高，而自己研制瓷粉周期過長，因此，目前國內(nèi)LTCC行業(yè)主要從國外進(jìn)口瓷粉，自己做生帶。因此，研究開發(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內(nèi)LTCC器件發(fā)展的關(guān)鍵點之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種釩基溫度穩(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，該材料能夠在較低的溫度下燒結(jié)致密成瓷，在微波頻段介電常數(shù)可在
18.9至57.6較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)、品質(zhì)因數(shù)高，且選取合適的配方比例時具有良好的溫度穩(wěn)定性，能夠用于制備LTCC微波介質(zhì)器件。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種釩基溫度穩(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:(BihYx)VO4，其中 0.10 ≤ X ≤ 0.65。
[0009]所述的陶瓷材料的微波頻段的介電常數(shù)ε r=18.9~57.6，諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-193 ~+103ppm/°C，品質(zhì)因數(shù) Qf=13, 350 ~17，300GHz。
[0010]一種釩基溫度穩(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:
[0011]1)將原料 V205、Y203 和 Bi2O3 按組成通式(Bi1-Jx) VO4 配料，其中 0.10 ≤x ≤0.65 ；
[0012]2)將混合后的原料充分球磨,球磨后烘干、過篩并壓制成塊狀體,然后在650~750°C下保溫4~8h，得到樣品燒塊；
[0013]3)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干，然后造粒，造粒后過篩，得到所需的二次顆粒;
[0014]4)將二次顆粒壓制成型，在750~900°C下燒結(jié)I~3h，得到釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0015]所述原料V20 5、Y2O3和Bi2O3的純度均大于99%。
[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；過篩是用120目的篩網(wǎng)。
[0017]所述步驟3)的球磨時間為4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過篩是經(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]—種f凡基溫度穩(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)諧振器或濾波器、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)明的釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料以BiVO4為基礎(chǔ)，通過Y3+離子取代Bi3+離子，得到兩相復(fù)合陶瓷材料，當(dāng)Y3+的取代量合適時可以得到一種釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0023]本發(fā)明采用了簡單有效的固相反應(yīng)燒結(jié)的方法，燒結(jié)溫度低(750~900°C)，制備工藝簡單:首先通過選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物，通過一次球磨使得原料混合均勻，通過預(yù)燒結(jié)過程使得原料進(jìn)行初步的化學(xué)反應(yīng)，再通過二次球磨細(xì)化反應(yīng)物的顆粒尺寸，最后通過燒結(jié)過程得到陶瓷材料產(chǎn)品。
[0024]通過本發(fā)明方法制備得到的釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的介電常數(shù)ε ^在18.9至57.6較寬范圍內(nèi)可調(diào)，諧振頻率溫度系數(shù)TCF值在-193至+103ppm/°C范圍內(nèi)可調(diào)，品質(zhì)因數(shù)Qf=13，350~17，300GHz，因此本發(fā)明提供的釩基陶瓷材料能夠應(yīng)用于制備LTCC微波介質(zhì)器件。
【具體實施方式】[0025]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0026]依本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的配方通式為:(BUx) VO4，其中0.10 ^ X ^ 0.65 ;以BiVO4為基礎(chǔ)，通過Y3+離子取代Bi3+離子，得到兩相復(fù)合陶瓷材料。
[0027]所述的釩基溫度穩(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:
[0028]將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式:(BihYx)VO4配料，其中
0.10 ^ X ^ 0.65 ;將混合后的原料充分球磨4~6小時,磨細(xì)后烘干、過篩、壓塊,然后在650~750°C下保溫4~8小時；
[0029]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80目與120目的雙層篩網(wǎng)，得到所需的二次顆粒；
[0030]將二次顆粒壓制成型，在750~900°C下燒結(jié)I~3小時，得到該釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0031]實施例1
[0032]一種釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0033]I)將高純化 學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia9tlYaiO)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在650°C下保溫6小時，得到樣品燒塊；
[0034]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0035]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在750~850°C空氣下燒結(jié)3小時成瓷，得到釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0036]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0037]750~850°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^57.6，品質(zhì)因數(shù)Qf=14, 000GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-193ppm/°C (25~85°C )。
[0038]實施例2
[0039]一種釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0040]I)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia85Yai5)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在700°C下保溫4小時，得到樣品燒塊；
[0041]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0042]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在750~850°C空氣下燒結(jié)2小時成瓷，得到釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0043]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0044]750~850°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^48.9，品質(zhì)因數(shù)Qf=17, 300GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=_72ppm/°C (25~85°C )。
[0045]實施例3
[0046]一種釩基溫度穩(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:
[0047]1)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia 825Yai75)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在700°C下保溫6小時，得到樣品燒塊；
[0048]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0049]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在750~850°C空氣下燒結(jié)2小時成瓷，得到釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0050]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0051]750~850°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^46.8，品質(zhì)因數(shù)Qf=15, 100GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-30ppm/°C (25~85°C )。
[0052]實施例4
[0053]一種釩基溫度穩(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:
[0054]1)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia81Yai9)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在700°C下保溫4小時，得到樣品燒塊；
[0055]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0056]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在750~850°C空氣下燒結(jié)2小時成瓷，得到釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0057]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0058]750~850°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^45.0，品質(zhì)因數(shù)Qf=14, 000GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=+10ppm/°C (25~85°C )。
[0059]實施例5
[0060]一種釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0061]I)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia75Ya25)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在750°C下保溫8小時，得到樣品燒塊；
[0062]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0063]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在750~850°C空氣下燒結(jié)I小時成瓷，得到釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0064]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0065]750~850°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^40.0，品質(zhì)因數(shù)Qf=13, 350GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=+75ppm/°C (25~85°C )。
[0066]實施例6
[0067]一種釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0068]I)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia6ciYa4O)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在750°C下保溫6小時，得到樣品燒塊；
[0069]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0070]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在800~900°C空氣下燒結(jié)3小時成瓷，得到釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0071]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0072]800~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^30.9，品質(zhì)因數(shù)Qf=15, 570GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=+103ppm/°C (25~85°C )。[0073]實施例7
[0074]一種釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0075]I)將高純化學(xué)原料V205、Y2O3和Bi2O3按組成通式(Bia35Ya65)VO4配料，混合后，充分球磨5小時，然后在120°C下烘干，過120目篩后壓塊，然后在750°C下保溫8小時，得到樣品燒塊；
[0076]2)將樣品燒塊粉碎后，二次球磨5小時后，在120°C下烘干后，造粒，然后經(jīng)80目與120目篩網(wǎng)雙層過篩，即可得到所需的二次顆粒；
[0077]3)將二次顆粒按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在800~90(TC空氣下燒結(jié)2小時成瓷，得到釩基低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
[0078]該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo):
[0079]800~900°C空氣中燒結(jié)成瓷，微波頻段下的介電性能ε^18.9，品質(zhì)因數(shù)Qf=16, 380GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù)TCF=+32ppm/°C (25~85°C )。
[0080]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種釩基溫度穩(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:(B“_XYX) VO4,其中0.10≤X≤0.65。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釩基溫度穩(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=18.9~57.6，諧振頻率溫度系數(shù)TCF=-193 ~+103ppm/°C，品質(zhì)因數(shù) Qf=13, 350 ~17，300GHz。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的釩基溫度穩(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V2O5,Y2O3和Bi2O3按組成通式(B“_xYx)V04配料，其中0.10≤X≤0.65 ; 2)將混合后的原料充分球磨，球磨后烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后在650~750°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，造粒后過篩，得到所需的二次顆粒； 4)將二次顆粒壓制成型，在750~90(TC下燒結(jié)I~3h，得到釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩基溫度穩(wěn)定型低溫?zé)Y(jié)LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，所述原料V205、Y2O3和Bi2O3的純度均大于99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩基溫度穩(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；過篩是用120目的篩網(wǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩基溫度穩(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)的球磨時間為4~6h ;烘干是在100~140°C的條件下進(jìn)行的；過篩是經(jīng)80目與120目的雙層篩網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的釩基溫度穩(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3所述的釩基溫度穩(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所述的釩基溫度穩(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)諧振器或濾波器、低溫共燒陶瓷系統(tǒng)、陶瓷基板或多芯片組件。
【文檔編號】C04B35/622GK103896577SQ201410085454
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】龐利霞, 周迪, 劉衛(wèi)國 申請人:西安工業(yè)大學(xué)