一种低温共烧陶瓷生带材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种低温共烧陶瓷生带材料及其制备方法，属于电子陶瓷基板材料及其制造领域。

背景技术：

近年来，在半导体技术飞速发展的带动下，电子元器件不断向小型化、集成化和高频化方向发展，因此制备多层元件或把无源器件埋入多层电路中，成为上述趋势的必然。低温共烧陶瓷(ltcc)技术，是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带，作为电路基板材料，在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形，并将多个无源元件埋入其中，然后叠压在一起，在800~900℃烧结，从而制成低温共烧陶瓷基板。

与其他材料相比，ltcc材料具有着无可替代的技术优势，但在制备ltcc基板的制备和成型中，仍然有一些关键技术和工艺需要进一步探索和研究，比如流延成型中，生带表面的裂纹，粗糙度，都会直接关系到所制备的生带是否可以正常使用，而上述问题与流延浆料中的无机、有机成分有直接的关系。

技术实现要素：

本发明从ltcc实际应用出发，提供一种低介电常数、低损耗、同时可以与金、银电极共烧的低温共烧陶瓷生带材料及其制备方法。所述低温共烧陶瓷生带材料的组分包括45~52wt%的无机材料成分，以及48~55wt%的有机材料成分。其中所述的无机材料成分包括80~86wt%cao-b2o3-sio2(cbs)微晶玻璃和14~20wt%的cab2si2陶瓷、cab2o4陶瓷；所述的有机材料成分包括溶剂、分散机、粘结剂和增塑剂。所述溶剂为醇-酮混合溶剂。

本发明在制备低温共烧陶瓷生带流延浆料中选用的醇-酮混合溶剂，沸点较低，易挥发，而且与粘结剂有较好的溶解性，流延成型效果较佳。所述的低温共烧陶瓷生带，表面光洁，厚度均匀，可较好地与金、银电极在830~900℃匹配共烧。而且本发明中，可通过调整所述的cao-b2o3-sio2(cbs)微晶玻璃与cab2si2陶瓷、cab2o4陶瓷的质量比，进而调整低温共烧陶瓷生带的介电性能以及烧结温度。

较佳地，所述的cbs微晶玻璃含有31~33wt%cao、23~25wt%b2o3、44~47wt%sio2、3~6wt%zro2、4~6wt%li2o。

较佳地，所述有机材料成分，各个有机成分的含量，均为与无机材料的质量百分比，其中溶剂70~90%，分散剂2~4%，粘结剂8~14%，增塑剂6.5~9.5%。。其中溶剂中，酮所占的重量百分比为30~40wt%。

较佳地，所述混合溶剂中酮为丙酮、2-戊酮、丁酮的一种或两种；醇为乙醇，异丙醇，正丁醇，正戊醇的一种或两种。

较佳地，所述的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛（pvb），b98、b76、b79中的一种或两种；所述的分散剂为蓖麻油、鱼油、聚丙烯醇中的一种或两种；所述的增塑剂为乙基纤维素、聚乙二醇、邻苯二甲酸二甲酯、三乙烯乙二醇中的一种或两种。

本发明还提供了一种低温共烧陶瓷生带的制备方法，将caco3、h3bo3、sio2、zro2、li2co3湿法混合，烘干，过筛，混合粉体熔融成玻璃熔体，将所述玻璃熔体水淬处理，然后酒精球磨粉碎成玻璃粉，得到cbs微晶玻璃粉。称取caco3，h3bo3和sio2，将其进行湿法混合处理，烘干后过筛，预烧，得到陶瓷块体，将陶瓷块体粉碎，过筛，得到cab2si2陶瓷粉。称取caco3，h3bo3，将其进行湿法混合处理，烘干后过筛，预烧，得到陶瓷块体，将陶瓷块体粉碎，过筛，得到cab2o4陶瓷粉。

然后按照低温共烧陶瓷生带中各成分的重量比，分两步添加，第一步称取cbs玻璃粉、cab2s2陶瓷粉、cab2o4陶瓷粉、溶剂、分散剂球磨混合2~4h，待其混合均匀后，第二步加入增塑剂、粘结剂，使流延浆料具有粘结性及韧性，然后球磨混合2~4h，经真空脱泡后，流延成型，即得到所述的低温共烧生带材料。

然后将生带材料裁成需要的尺寸，叠层，抽真空，等静压成型为素坯，进而将素坯在860~890℃烧结，成为陶瓷基板。在5.1ghz的条件下，测得平板介电常数为5.9~6.8，损耗角正切小于0.0011；与金、银电极共烧匹配性好（见图4）。

较佳地：cbs玻璃的熔融温度：1400℃~1500℃，时间为2~5h；cab2si2陶瓷、cab2o4陶瓷的预烧温度：850~900℃。

较佳地，所述的cbs玻璃粉体、cab2s2、cab2o4陶瓷粉体粒度分布d50为2.5~4μm。

较佳地，等静压压力为20~40mpa，温度为75~85℃。

附图说明

图1为根据本发明一实施例中cbs玻璃粉的粒度分布图；

图2为根据本发明一实施例中低温共烧陶瓷生带材料烧结后的xrd（x射线衍射）图谱；

图3为根据本发明一实施例中低温共烧陶瓷生带材料多层平板烧结后的实物图；

图4为根据本发明一实施例中低温共烧陶瓷生带与银内电极共烧断面sem（扫描电子显微镜）图（1000倍）。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

在本发明的一个实施例中，提供一种低温共烧陶瓷生带材料，所述低温共烧陶瓷生带材料的组分包括45~52wt%的无机材料成分，以及48~55wt%的有机材料成分。

其中所述的无机材料成分包括80~86wt%cao-b2o3-sio2(cbs)微晶玻璃材料和14~20wt%cab2si2陶瓷、cab2o4陶瓷材料；

所述的cbs微晶玻璃由31~33wt%cao、23~25wt%b2o3、44~47wt%sio2、3~6wt%zro2、4~6wt%li2o。

本实施例的制备玻璃粉过程中，将caco3、h3bo3、sio2、zro2、li2co3去离子水球磨混合，烘干，过60目筛，混合粉体在铂金坩埚中熔融成玻璃熔体，熔融温度为1400~1500℃，保温时间为2~4h，将所述玻璃熔体水淬处理，然后酒精球磨粉碎成玻璃粉，最后将粉碎后的玻璃粉过120目筛，得到cbs微晶玻璃粉，所述玻璃粉粒度分布d50为2.5~4μm。

在制备陶瓷粉体的过程中，cab2si2陶瓷、cab2o4陶瓷按照化学反应式中cao、b2o3、sio2中各个元素的摩尔比酒精球磨混料，烘干，过60目筛，混合粉体在850~900℃烧结3~5h，然后酒精球磨粉碎，烘干，最后将粉碎后的陶瓷粉过120目筛，得到cab2si2陶瓷粉、cab2o4陶瓷粉，所述陶瓷粉粒度分布d50为2.5~4μm。

所述的有机材料成分，此处各个有机材料成分的含量，均为与无机材料的质量百分比，其中溶剂70~90%，分散剂2~4%，粘结剂8~14%，增塑剂6.5~9.5%。

其中，所述的溶剂为醇-酮混合溶剂，酮所占的重量百分比为30~40%。

在本发明的一个实施例中，所述混合溶剂中酮为丙酮、2-戊酮、丁酮的一种或两种；醇为乙醇，异丙醇，正丁醇，正戊醇的一种或两种。

所述的粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛（pvb），b98、b76、b79中的一种或两种；所述的分散剂为蓖麻油、鱼油、聚丙烯醇中的一种或两种；所述的增塑剂为乙基纤维素、聚乙二醇、邻苯二甲酸二甲酯、三乙烯乙二醇中的一种或两种。

然后按照低温共烧陶瓷生带材料中各成分的重量比，分两步添加，第一步称取cbs玻璃粉、cab2si2陶瓷粉、cab2o4陶瓷粉、溶剂、分散剂，球磨混合2~4h，待其混合均匀后，第二步加入增塑剂、粘结剂，使流延浆料具有粘结性，然后球磨混合2~4h，经真空脱泡后，流延成型，得到所述的低温共烧生带材料。

然后将生带材料裁成需要的尺寸，叠层，抽真空，等静压成型为素坯，较佳地，等静压压力为20~40mpa，温度为75~85℃。常温经过10h升温至500℃，保温2~4h，然后10℃/min升温至860~890℃，保温30分钟。在本实施例中，测得样品在xy轴上的烧结收缩率为14~16%；在5.1ghz的条件下，测得平板介电常数为5.9~6.8，损耗角正切小于0.0011；与金、银电极共烧匹配性好（见附图4）。

为了进一步理解本发明，下面结合若干具体实施例对本发明提供的低温共烧陶瓷生带材料及其制备方法进行详细说明，同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

将571.43gcaco3、407.42gh3bo3、450gsio2、55gzro2、111gli2co3置于4l聚氨酯球磨罐中，去离子水混料，250r/min的转速，混料2h，滤去氧化锆球，然后将混合浆料放在140℃烘箱烘干，粉体过60目筛，然后在1450℃熔化炉中，熔融3h，最后将玻璃液水淬成玻璃块，然后按照料:球:酒精为1:4:2的比例，将直径为2mm的氧化锆球放入氧化铝罐中，以250r/min的转速，球磨4h，最后将玻璃浆料烘干，过120目筛，得到粒度分布d50为2.5~4μm的cbs玻璃粉。

按照cab2si2陶瓷中各元素摩尔比，将caco3、h3bo3、sio2置于聚氨酯球磨罐中酒精混料，250r/min的转速，混料2h，将混合浆料过筛、烘干，在880℃温度下预烧4h，然后按照料:球:酒精为1:4:2的比例，将直径为2mm的氧化锆球放入氧化铝罐中，以250r/min的转速，球磨4h，最后将陶瓷浆料烘干，过120目筛，得到粒度分布d50为2.5~4μm的cab2si2陶瓷粉。

按照cab2o4陶瓷中各元素摩尔比，将caco3、h3bo3置于聚氨酯球磨罐中酒精混料，250r/min的转速，混料2h，将混合浆料烘干、过筛，在850℃温度下预烧4h，然后按照料:球:酒精为1:4:2的比例，将直径为2mm的氧化锆球放入氧化铝罐中，以250r/min的转速，球磨4h，最后将陶瓷浆料烘干，过120目筛，得到粒度分布d50为2.5~4μm的cab2o4陶瓷粉。

更具体地，按照表1中各成分含量配制流延浆料，称取cbs玻璃、cab2si2陶瓷粉、cab2o4陶瓷粉，置于球磨罐中，加入丁酮-乙醇混合溶剂（丁酮：乙醇=35:65）、分散剂，分散剂为鱼油，在250r/min的转速下混料3h，粉料与溶剂混均匀后，加入粘结剂和增塑剂，增塑剂为乙基纤维素、聚乙二醇，两者比例为3:1，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛（b98），再混料3h，得到的流延浆料粘结性较好，将配好的流延浆料在keko流延机上流延成型。制备了低温共烧陶瓷生带材料l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9。制得的生带材料，表面光洁，韧性较好，便于加工。

对低温共烧陶瓷生带材料l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9进行切片，丝网印刷银浆，叠层，采用等静压（30mpa，80℃）压制成型。常温经过10h升温至500℃，保温3h，排胶，10℃/min升温至860~890℃，保温30min。然后对烧结后的样品进行性能测试，表2为l1，l2，l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9烧结后各项性能。

表1低温共烧陶瓷生带各组分含量

表2低温共烧陶瓷生带材料的性能