一种SrCuSi4O10基低介低损耗复合LTCC材料及其制备方法

本发明属于电子陶瓷材料及其制造领域，具体为一种srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料及其制备方法，兼具低介(εr<10)、低损耗和近零谐振频率温度系数(-10≤τf≤+10ppm/℃)。

背景技术：

1、ltcc(低温共烧陶瓷)技术是目前最为重要的无源集成以及有源/无源混合集成的技术，在当代电子整机系统中有着非常广泛的应用。ltcc技术的核心包括了三大部分，分别是ltcc工艺技术、ltcc设计技术和ltcc材料技术。

2、其中ltcc材料技术最为关键。但目前国际上商用化的高性能ltcc材料主要都被美国、日本和德国的几家大公司所垄断，国内在此领域始终未能取得关键性技术突破，一方面导致我国研发的ltcc集成器件和组件成本较高，不利于相应产品的应用和推广；另一方面由于在核心材料技术上受制于人，也严重阻碍了我国ltcc产业的发展。因此，开发拥有自主知识产权的高性能ltcc材料迫在眉睫。在ltcc基板和高频应用的ltcc元器件中，一般要求采用的ltcc材料介电常数不要太高(εr<10)，这样有助于降低信息传输的延迟时间；尽量低的介电损耗(高qf值)，这样有助于降低器件或基板中介质引起的损耗以及尽量接近于零的谐振频率温度系数τf，这样有助于降低温度变化对ltcc器件和基板性能的影响。

3、目前国内外有很多针对低介ltcc材料的研究，综合调研结果，硅酸盐体系陶瓷具有低介和低损耗的优点。典型的硅酸盐ltcc材料体系包括有不同离子替代的mg2sio4、zn2sio4、li2mgsio4、camgsi2o6、bacusi4o10、srcusi4o10等等。在这些硅酸盐中，srcusi4o10材料优势明显，不仅具有烧结温度较低(1100℃)，介电常数低(5.5～6)，而且qf值高(srcusi4o10能到50000ghz左右)等特点。但是，该材料要降低至ltcc工艺要求的950℃以下的低温烧结，还需要加各种助熔剂才行。同时其也具有较大的负的谐振频率温度系数，因此还需要通过其它途径来调整谐振频率温度系数。

4、而常规采用与catio3、tio2等正温度系数材料复合的方式来调节温度系数，由于这些正温度系数材料不仅介电损耗大，而且介电常数也高，烧结温度也高，复合以后会使得材料体系低温烧结更不易，需要更多的助熔剂掺杂助烧才能实现低温烧结，而且还会使得材料体系的qf值显著下降，介电常数显著提高，难以体现低介材料的优势。

技术实现思路

1、针对上述存在问题或不足，为解决现有srcusi4o10材料难以实现低介、低损耗和近零温度系数的ltcc技术，本发明提供了一种srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料及其制备方法。本发明采用将srcusi4o10与无机材料的钒酸盐体系(sr3v2o8或ba3v2o8)直接进行复合烧结的方式来实现，可同时解决低温烧结和调节谐振频率温度系数的问题，同时复合材料介电常数和介电损耗也很低，满足超低介低损耗的要求。该复合材料可以在不添加任何助熔剂的情况下，实现材料体系950℃以下的低温烧结，同时材料的谐振频率温度系数也能调整到±10ppm/℃以内，材料的介电常数也在8.6～9.1之间，qf值超过了22000ghz，在ltcc集成器件和基板中具有很好的应用前景。

2、一种srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料，由srcusi4o10和钒酸盐两相构成，按重量配比(100-x)％srcusi4o10+x％sr3v2o8/ba3v2o8将srcusi4o10和钒酸盐两种预烧料以固相法直接复合烧结而成，其中45≤x≤55，烧结温度900～950℃，εr＝8.6～9.1，q×f值23000～32600ghz，τf＝-10～10ppm/℃。所述钒酸盐为sr3v2o8或ba3v2o8。

3、上述srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料的制备方法，具体步骤如下：

4、步骤1、备srcusi4o10预烧料和钒酸盐预烧料；

5、srcusi4o10预烧料：

6、将分析纯的srco3、cuo、sio2按摩尔比srco3:cuo:sio2＝1:1:4的比例配料；然后将其球磨使配料混合均匀，按照配料与去离子水和球磨介质按质量比1:1～3:4～6的比例加入去离子水和球磨介质，在行星球磨机转速250～300rpm下，球磨4～6h；球磨后将所得粉料在100～120℃下烘干后过筛网(80～120目)，过筛后按3～5℃/min的升温速率升至900～1000℃进行预烧，保温3～5h，随炉冷却得到srcusi4o10预烧料。

7、钒酸盐预烧料：

8、将分析纯的srco3(或baco3)和v2o5按摩尔比srco3(或baco3):v2o5＝3:1的比例配料，将配好的原料球磨使其混合均匀，按照配料与去离子水和球磨介质按质量比1:1～3:4～6的比例加入去离子水和球磨介质，在球磨转速250～300rpm下，球磨4～6h，球磨后将所得粉料在100～120℃下烘干后过筛网(80～120目)，过筛后按3～5℃/min的升温速率升至800～900℃进行预烧，保温3～5h，随炉冷却得到sr3v2o8或ba3v2o8预烧料。

9、步骤2、将步骤1所备srcusi4o10预烧料和钒酸盐(sr3v2o8或ba3v2o8)预烧料，按照(100-x)％srcusi4o10+x％sr3v2o8/ba3v2o8(其中45≤x≤55)的重量配比进行称重配料，然后按照配料与去离子水和球磨介质按质量比1:1～3:4～6的比例加入去离子水和球磨介质，在球磨转速250～300rpm下，球磨6～12h，球磨后将粉料在100～120℃下烘干备用。

10、步骤3、将步骤2所得烘干粉料先过筛网(80～120目)，然后添加入pva溶液(浓度15wt％～25wt％)作为粘结剂，研磨均匀后造粒进行单轴干压成型。

11、步骤4、将步骤3所得产物放入烧结炉中，排胶后再升温至900～950℃保温烧结完全，再随炉冷却至室温，即得srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料。

12、本发明提供的srcusi4o10基ltcc材料，采用适量的srcusi4o10预烧料和sr3v2o8/ba3v2o8预烧料按一定比例直接复合烧结得到。本发明基于以下几方面的考虑：首先，sr3v2o8/ba3v2o8材料作为一种近年来被广泛应用的无机材料，因其在某些催化反应中表现出优异的活性和选择性；以及，碱土金属钒酸盐的热稳定性高且有较高的结晶性和可见光透过性；从而使得钒酸盐sr3v2o8/ba3v2o8在无机化工领域以及光学领域得到广泛应用和推广。然而，本发明发现并利用sr3v2o8/ba3v2o8温度依赖的介电性质，这表明它可能在频率和温度敏感的电子设备中有应用。通过进一步调研发现，两种材料本身介电常数不高，介电损耗也较低，但其具有很大的正的谐振频率温度系数τf≈60ppm/℃，由此开创性的将其与srcusi4o10陶瓷进行复合，在调整谐振频率温度系数的同时，不会使复合材料介电常数升得太高，同时复合材料的介电损耗也能维持在一个很低的程度；其次，sr3v2o8/ba3v2o8的致密化温度较低，大概在850℃以下烧结就能实现致密化，实验发现当调整两相复合比例让复合陶瓷的温度系数到近零的时候，两者构成的复合材料也差不多刚好能在950℃左右实现低温烧结致密化，因而不需要再添加其它低熔助烧剂来促进材料体系的低温烧结，因此也更有利于改善材料的综合介电性能，其调控温度系数和实现低温烧结在我们的复合范围内可以同时实现。此外，这两相复合时相互不发生化学反应生成新相，因此也有助于获得优良的微波介电性能。最后，这两种陶瓷中都不含有价格昂贵的原料，因此还有利于降低材料的研制成本，更适合批量化的生产。

13、综上所述，本发明提供的srcusi4o10基低介低损耗复合ltcc材料具有超低介、低损耗以及近零温度系数的诸多优势，不需要额外的烧结助剂直接复合，且成本低易于工业化应用，在ltcc集成器件和基板中具有很好的应用前景。