一种低温共烧玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种低温共烧玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用，属于电子材料技术领域。该低温共烧玻璃陶瓷材料的制备原料包括以下按重量份计的组分：70‑82份SiO2、10‑12份B2O3、0.5‑8份Al2O3、0.5‑1.5份MgO、0.5～2份添加剂，能与银低温共烧，用于制备LTCC，能实现良好的抗银迁移性能，提高LTCC器件的使用寿命。

权利要求

1.一种低温共烧陶瓷，其特征在于，其采用低温共烧玻璃陶瓷材料制得，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的制备原料包括以下按重量份计的组分：

70‑82份SiO2、10‑12份B2O3、0.5‑8份Al2O3、0.5‑1.5份MgO、0.5～2份添加剂。

2.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述添加剂包括BaO、K2O、Na2O、CaO、Li2O、ZrO2中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的粒径不超过10μm。

4.根据权利要求3所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的粒径分布区间为0.5‑10μm。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的制备方法包括：将所有所述组分混合，熔炼，水淬。

6.根据权利要求5所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的制备方法还包括对所述水淬后的产物进行研磨。

7.根据权利要求6所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的制备方法还包括在所述研磨后进行筛分，取筛下物。

8.根据权利要求6所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述研磨为湿法球磨。

9.根据权利要求8所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述湿法球磨的转速为300‑

600r/min。

10.根据权利要求9所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述湿法球磨的时间为10‑40h。

11.根据权利要求5所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述熔炼的温度为1300℃～

1500℃。

12.根据权利要求11所述的低温共烧陶瓷，其特征在于，所述熔炼的时间为2～5h。

13.一种LTCC器件，其特征在于，其包括权利要求1‑12任一项所述的低温共烧陶瓷。

说明书

一种低温共烧玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及电子材料技术领域，尤其涉及一种低温共烧玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 低温共烧陶瓷(Low Temperature Co‑fired Ceramic，简称LTCC)是一种先进的电子材料，因其具有优良的高频特性、高品质因数、低介电常数温度系数、低介电损耗等优势，在微型电子元器件领域应用广泛，是电子元器件产业发展的重要基石。

[0003] 在常见的LTCC器件中，内部银电极的间距小(<20μm)，随着工作时间的增长，电极间易发生银的扩散迁移，导致绝缘电阻降低，甚至致使器件失效，严重影响整体设备的正常运行。

发明内容

[0004] 以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

[0005] 本发明实施例提供了一种低温共烧玻璃陶瓷材料及其制备方法和应用，该低温共烧玻璃陶瓷(或简称LTCC)材料能与银低温共烧，用于制备LTCC，能实现良好的抗银迁移性能，提高LTCC器件的使用寿命。

[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种低温共烧玻璃陶瓷材料，其制备原料包括以下按重量份计的组分：70‑82份SiO2、10‑12份B2O3、0.5‑8份Al2O3、0.5‑1.5份MgO、0.5～2份添加剂。

[0007] 基于上述组分搭配，能与银低温共烧，有效减少内部缺陷，改善陶瓷相和玻璃相的烧结匹配度，极大提高材料的抗银迁移特性。

[0008] 上述的添加剂为本领域公知的，用于起到助熔、提高熔体粘度、改善介电性能等作用的物质。

[0009] 根据本发明的一些实施例，所述添加剂包括BaO(氧化钡，CAS号1304‑28‑5)、K2O(氧化钾，CAS号12136‑45‑7)、Na2O(氧化钠，CAS号1313‑59‑3)、CaO(氧化钙，CAS号1305‑78‑8)、Li2O(氧化锂，CAS号12057‑24‑8)、ZrO2(氧化锆，CAS号1314‑23‑4)中的至少一种。

[0010] 根据本发明的一些实施例，所述低温共烧玻璃陶瓷材料的粒径不超过10μm，进一步，其粒径分布区间为0.5‑10μm。降低粒径，可以在一定程度上降低烧结温度。

[0011] 第二方面，本发明实施例提供了上述的低温共烧玻璃陶瓷材料的制备方法，包括：将上述所有组分混合，熔炼，水淬。

[0012] 根据本发明的一些实施例，还包括对所述水淬后的产物进行研磨。进一步，所述研磨后进行筛分，取筛下物。进一步，所述筛下物的粒径不超过10μm，进一步，其粒径分布区间为0.5‑10μm。

[0013] 根据本发明的一些实施例，所述研磨为湿法球磨。进一步，所述湿法球磨后进行烘干、过筛。

[0014] 所述湿法球磨的转速可以为300‑600r/min；进一步为300‑550r/min。

[0015] 所述湿法球磨的时间可以为10‑40h；进一步为12～36h。

[0016] 根据本发明的一些实施例，所述熔炼的温度为1300℃～1500℃。

[0017] 根据本发明的一些实施例，所述熔炼的时间为2～5h。

[0018] 第三方面，本发明实施例提供了上述的低温共烧玻璃陶瓷材料在制备低温共烧陶瓷中的应用。

[0019] 上述的低温共烧陶瓷的制备工序示例如下：依次进行制浆、流延、切断、印刷、叠层、静压(例如热压、温水压等)、切割、排胶、烧结。

[0020] 所述制浆为将上述的低温共烧玻璃陶瓷材料与粘结剂、有机溶剂等混合，调制成浆料。

[0021] 所述混合过程中可以加入分散剂(如磷酸酯)等助剂。

[0022] 上述的粘结剂可以为聚乙烯醇缩丁醛，有机溶剂可选择醇和/或酮。

[0023] 上述的调制成浆料的工艺可以为球磨。

[0024] 上述的排胶的温度可以在480～550℃，排胶时间可以为5～12h。

[0025] 上述的烧结的温度可以在850～880℃，烧结时间可以为5～8h。

[0026] 需要说明的是，低温共烧陶瓷的制备属于本领域公知的成熟技术，不再详述。

[0027] 第四方面，本发明实施例提供了一种低温共烧陶瓷，其是上述的低温共烧玻璃陶瓷材料制得的。

[0028] 第五方面，本发明实施例提供了一种LTCC器件，其包括上述的低温共烧陶瓷。

[0029] 根据本发明的一些实施例，上述的LTCC器件采用上述的低温共烧陶瓷经倒角、沾银、烧银、电镀等环节制成。

[0030] 需要说明的是，利用低温共烧陶瓷制备LTCC器件是本领域公知的成熟技术，不再详述。

[0031] 现有LTCC器件在工作时处于电流、电压和环境条件(如湿度等)的共同作用下，其内电极的银元素容易在电场的作用下移动。发明人通过研究发现，银元素的迁移与内电极银浆和LTCC材料密切相关。对于LTCC材料而言，银在其内部一般沿晶界或狭缝迁移。本发明的低温共烧玻璃陶瓷材料，能有效减少内部缺陷，改善陶瓷相和玻璃相的烧结匹配度，抑制银迁移。

[0032] 本发明的低温共烧玻璃陶瓷材料能与银低温共烧，可用于制备LTCC器件，实验表明，与现有LTCC器件相比，能极大提高材料的抗银迁移特性，特别是对负载载荷(电流、电压)时的银迁移具有良好的抑制能力，能保证持续负载载荷条件下的绝缘电阻，提高LTCC器件的使用寿命。

[0033] 定义

[0034] 如本文所用，术语“玻璃陶瓷”是指结合玻璃相与陶瓷相的复合材料。

[0035] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0036] 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

[0037] 图1是本发明实施例的低温共烧玻璃陶瓷粉的SEM图；

[0038] 图2是本发明实施例的低温共烧玻璃陶瓷粉的XRD图；

[0039] 图3为实施例(图3b)和对比例(图3a)的LTCC器件截面的微观形貌；

[0040] 图4为实施例(图4b)和对比例(图4a)的LTCC器件在负载一定载荷后的截面图。

具体实施方式

[0041] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0042] 实施例

[0043] 按重量百分比分别称取：80.90％SiO2、11.20％B2O3、6.40％Al2O3、0.60％MgO、0.40％CaO、0.40％BaO、0.10％Na2O，充分混合均匀，在1400℃下熔炼并保温3h，然后将熔融液体倒入去离子水中冷淬，过滤得到低温共烧玻璃陶瓷碎片备用。

[0044] 将上述的低温共烧玻璃陶瓷碎片加入球磨罐中，加入适量的去离子水和氧化锆球磨介质，在转速500r/min球磨24h，冷却至室温后烘干过筛，得到低温共烧玻璃陶瓷粉。

[0045] 微观形貌如图1所示，可以看出制备的粉体粒径大多分布在0.5～10μm。

[0046] 图2为低温共烧玻璃陶瓷粉的XRD图，证明其中的陶瓷相为Al2O3，其余玻璃相体现为馒头峰。

[0047] 将上述的低温共烧玻璃陶瓷粉、粘结剂、有机溶剂混合球磨制成浆料，并通过流延成型、切断，得到低温共烧玻璃陶瓷生带。

[0048] 在上述的低温共烧玻璃陶瓷生带上印刷银电极并烘干，制得若干印银生带，依次进行叠层、温水压、切割、排胶、烧结，制成低温共烧陶瓷。

[0049] 上述的低温共烧陶瓷经倒角、沾银、烧银、电镀等工序处理后，制成LTCC器件。

[0050] 对比例

[0051] 商用LTCC器件。

[0052] 测试例

[0053] 用于测试实施例和对比例的LTCC器件的微观形貌、负载电流载荷后的绝缘电阻等性能。

[0054] 图3为实施例和对比例的LTCC器件截面的微观形貌，其中图3a对应对比例，图3b对应实施例。可以看出，实施例的器件内部结构更为致密，缺陷密度明显降低。

[0055] 图4为实施例和对比例的LTCC器件在85℃/85RH的条件下负载100mA电流500h后的截面图，其中图4a对应对比例，图4b对应实施例，可以看出，对比例的银迁移明显高于实施例，负载电流后，对比例器件已失效，实施例器件完好未失效。

[0056] 采用安捷伦4339B高阻计测试图4所示的负载电流后器件的绝缘电阻，测试条件是12.5V、500μA。测得对比例绝缘电阻<1MΩ，实施例绝缘电阻>1GΩ。

[0057] 以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。