專利名稱：具抗還原特性的微波陶瓷組成物及其微波陶瓷材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種具抗還原特性的微波陶瓷組成物，以及一種在低燒結(jié)溫度及還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)后仍具備低介電常數(shù)與高質(zhì)量因子的微波陶瓷材料。
背景技術(shù)：
隨著IC積體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，積層陶瓷電容器由于具備小型化、輕薄化、高容量、高質(zhì)量等特性，使其成為提升產(chǎn)業(yè)利用性的優(yōu)勢(shì)。其中，積層陶瓷電容器是由介電陶瓷材料與內(nèi)電極金屬膏所形成的胚帶，互相堆棧并且共燒后所形成的陶瓷燒結(jié)體。然而，一般介電陶瓷材料的燒結(jié)溫度幾乎都超過鎳或銅等卑金屬元素(basemetal element)的熔點(diǎn)(銅金屬熔點(diǎn)約1100°C )，且大氣中的含氧量較高(約占21%)，鎳或銅在大氣環(huán)境中燒結(jié)容易受到氧化作用而產(chǎn)生大量的氧化物，進(jìn)而影響其電性質(zhì)量。反之，價(jià)格昂貴的鉬或鈀等貴金屬雖然不會(huì)發(fā)生上述的問題，但長(zhǎng)久下來卻大幅提高電子組件的制作成本，降低電子組件于產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用價(jià)值。因此，為了提升經(jīng)濟(jì)效益，許多人轉(zhuǎn)而投入卑金屬電極工藝的技術(shù)，選擇使用鎳或銅等卑金屬作為內(nèi)電極的材料，并于還原氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，藉以降低內(nèi)電極的制作成本。然而，由于還原氣氛的含氧量極低(小于1% )，介電陶瓷材料在還原氣氛中容易產(chǎn)生還原現(xiàn)象，使陶瓷材料發(fā)生半導(dǎo)化效應(yīng)，反而降低介電陶瓷材料的質(zhì)量因子。有鑒于現(xiàn)有技術(shù)所面臨 的問題，本發(fā)明試圖利用特定元素作為添加成分，以提升陶瓷材料的抗還原特性，使其能夠于還原氣氛下與卑金屬共同燒結(jié)也不會(huì)使陶瓷材料發(fā)生半導(dǎo)體化效應(yīng)，而仍然得以制作出具備良好微波介電特性的陶瓷材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種具抗還原特性的微波陶瓷組成物，俾能在還原氣氛下與易氧化的卑金屬共同燒結(jié)而不會(huì)產(chǎn)生半導(dǎo)化效應(yīng)，藉以降低積層陶瓷電容器的制作成本，提升微波陶瓷組成物及其材料的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種具抗還原特性的微波陶瓷組成物，包括:一玻璃陶瓷材料，該玻璃陶瓷材料的結(jié)構(gòu)式為CaxMgySizO(x+y+2z)，其中X為O至50摩爾百分比，y為O至50摩爾百分比，且z為O至50摩爾百分比；以及一添加成分，該添加成分選自下列物質(zhì)所組成的群組:氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)、氧化鈉(Na2O)、及其等的混合物。在本發(fā)明具抗還原特性的微波陶瓷組成物中，是使用一種輝石類的玻璃陶瓷材料作為微波陶瓷組成物的主相結(jié)構(gòu)，其玻璃陶瓷材料是由氧化物組分在1500°C至1800°C下形成一玻璃態(tài)，再將該玻璃態(tài)在700°C至1000°C的溫度下燒結(jié)所制得，較佳是在900°C以下的溫度下燒結(jié)所制得。該等氧化物組分可選自:氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、二氧化硅(SiO2)、或其等的組合。其中，以氧化物組分為基準(zhǔn)，氧化鎂及氧化鈣的添加量分別為O至50摩爾百分比，且該二氧化硅的添加量為O至50摩爾百分比。依據(jù)各種不同的氧化物添加比例，可制備各種不同相結(jié)構(gòu)的輝石類玻璃陶瓷材料，例如:CaSi03(娃灰石(wollastonite))、Ca3MgSi2O8(鎂薔薇輝石(merwinite))、Ca2MgSi2O7(鎂黃長(zhǎng)石(Akermanite))或 CaMgSi2O6(透輝石(diopside))。在本發(fā)明具抗還原特性的微波陶瓷組成物中，以微波陶瓷組成物的總量為100摩爾百分比，較佳是將玻璃陶瓷材料的含量控制于86.5至96.5摩爾百分比。本發(fā)明包含適量添加成分的微波陶瓷組成物可具備抗還原特性，使其能夠在還原氣氛下燒結(jié)而不會(huì)產(chǎn)生還原現(xiàn)象，避免微波陶瓷材料燒結(jié)后產(chǎn)生半導(dǎo)化現(xiàn)象。其中，以微波陶瓷組成物的總量為100摩爾百分比，添加成分的總量可為3.5至13.5摩爾百分比。其中，氧化鋁(Al2O3)的含量可為3.5至13.5摩爾百分比，較佳是3.5至6.5摩爾百分比；該氧化鋅(ZnO)的含量可為3.5至13.5摩爾百分比，較佳是7至10摩爾百分比；氧化鈉(Na2O)的含量可為3.5至13.5摩爾百分比，較佳是7至10摩爾百分比。據(jù)此，當(dāng)本發(fā)明的微波陶瓷組成物在還原氣氛下燒結(jié)時(shí)，可避免被氮?dú)鈿夥栈虬獨(dú)饧皻錃獾臍怏w氣氛還原，使其能夠與用以制作內(nèi)電極的卑金屬(例如:銅或鎳等)共同于低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)，藉此達(dá)到降低制作成本的目的，進(jìn)而提升微波陶瓷組成物的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。此外，本發(fā)明的另一目的是在于提供一種微波陶瓷材料，俾能利用上述微波陶瓷組成物的抗還原特性，使該微波陶瓷組成物于低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)后也不會(huì)產(chǎn)生半導(dǎo)化現(xiàn)象，使本發(fā)明的微波陶瓷材料仍可具有低介電常數(shù)與高質(zhì)量因子的特性。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種微波陶瓷材料，其是使用上述具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其是在預(yù)定的燒結(jié)溫度及還原氣氛下進(jìn)行燒結(jié)所制得。其中，混合至少兩種氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)或二氧化硅(SiO2)的氧化物是在1500°C至1800°C下先形成一玻璃態(tài)，而后將該玻璃態(tài)在700°C至1000°C下燒結(jié)，較佳是在900°C以下的燒結(jié)溫度進(jìn)行燒結(jié)。據(jù)此，本發(fā)明具抗還原特性的微波陶瓷材料可適用在低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)的工藝溫度下進(jìn)行燒結(jié)；并且，該微波陶瓷材料可在氮?dú)鈿夥栈虬獨(dú)饧皻錃獾倪€原氣氛中進(jìn)行燒結(jié)，以制得介電常數(shù)(K)低于10，且質(zhì)量因子(QXf)高達(dá)6000至12000GHz，甚至是9000至12000GHz的微波陶瓷材料。綜上所述，本發(fā)明發(fā)展出一種具備高抗還原特性的微波陶瓷組成物，使其能夠于低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)過后，仍可具備低介電常數(shù)與高質(zhì)量因子的特性，成為一種適合與卑金屬共同燒結(jié)而不會(huì)被還原氣氛還原的微波陶瓷材料。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包含輝石類玻璃陶瓷材料及添加成分的微波陶瓷組成物能具備高度的抗還原特性，使其成為一種適合于低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)的微波陶瓷組成物。本發(fā)明通過下列實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的說明，但應(yīng)明了的是，該實(shí)施例僅用以說明之用，而不應(yīng)被視為實(shí)施本發(fā)明的限制。比較例低微波陶瓷材料首先，各種不同相結(jié)構(gòu)的輝石類玻璃陶瓷材料是通過混合至少兩種氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)及二氧化硅(SiO2)等氧化物粉末，并于900°C的溫度下燒結(jié)后形成，分別為 CaSiO3(娃灰石(wollastonite))、C a3MgSi2O8(鎂薔薇輝石)、Ca2MgSi2O7(鎂黃長(zhǎng)石(Akermanite))或 CaMgSi2O6 (透輝石(diopside))。接著，以輝石類玻璃陶瓷粉末及氧化物粉末的總量為100摩爾百分比，分別取O至3摩爾百分比(m0le%)的氧化鋅、氧化鋁或氧化鈉，加入至CaMgSi2O6的輝石類玻璃陶瓷材料并加以混合。之后，在900°C的燒結(jié)溫度及氮?dú)鈿夥罩谐掷m(xù)燒結(jié)2小時(shí)，形成一低質(zhì)量因子及低介電常數(shù)的微波陶瓷材料。表1:各實(shí)施例及比較例的微波陶瓷組成物在低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)所制得的微波陶瓷材料的質(zhì)量因子(GHz)。
權(quán)利要求
1.一種具抗還原特性的微波陶瓷組成物，包括: 一玻璃陶瓷材料，該玻璃陶瓷材料的結(jié)構(gòu)式為CaxMgySizO(x+y+2z)，其中X為O至50摩爾百分比，y為O至50摩爾百分比，且z為O至50摩爾百分比；以及， 一添加成分，該添加成分是選自下列物質(zhì)所組成的群組:氧化鋁、氧化鋅、氧化鈉、及其等的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其中，以微波陶瓷組成物的總量為100摩爾百分比，所述添加成分的總量為3.5至13.5摩爾百分比。
3.如權(quán)利要求1所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其中，以微波陶瓷組成物的總量為100摩爾百分比，所述玻璃陶瓷材料的含量為86.5至96.5摩爾百分比。
4.如權(quán)利要求1所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其中，所述玻璃陶瓷材料為CaSi03、Ca3MgSi2O8' CaMgSi2O6 或 Ca2MgSi2O7。
5.如權(quán)利要求1所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其中，所述玻璃陶瓷材料是由氧化物組分于1500°C至1800°C下形成一玻璃態(tài)，再將該玻璃態(tài)于700至1000°C的溫度下燒結(jié)所制得，所述氧化物組分包含選自于下列所組成的群組的物質(zhì):氧化鎂、氧化鈣、二氧化硅或其等的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其中，所述氧化物組分包含氧化鎂、氧化鈣以及二氧化硅，以所述氧化物組分為基準(zhǔn)，其中氧化鎂以及氧化鈣的添加量分別為O至50摩爾百分比，且所述二氧化硅的添加量為O至50摩爾百分比。
7.一種微波陶瓷材料，該微波陶瓷材料是使用一種如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的具抗還原特性的微波陶瓷組成物，其是于一燒結(jié)溫度及一還原氣氛下燒結(jié)所制得。
8.如權(quán)利要求7所述的微波陶瓷材料，其中，所述燒結(jié)溫度為700至1000°C。
9.如權(quán)利要求7所述的微波陶瓷材料，其中，所述還原氣氛為一氮?dú)鈿夥栈蛞话獨(dú)馀c氫氣的氣體氣氛。
10.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的微波陶瓷材料，其中，該微波陶瓷材料的介電常數(shù)低于10。
11.如權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的微波陶瓷材料，其中，該微波陶瓷材料的質(zhì)量因子高于 9000GHz ο
全文摘要
本發(fā)明提供一種具抗還原特性的微波陶瓷組成物，包括結(jié)構(gòu)式為CaxMgySizO(x+y+2z)的玻璃陶瓷材料，其中x與y為0至50摩爾百分比，且z為0至50摩爾百分比；以及至少一種添加成分，該等添加成分如氧化鋁(Al2O3)、氧化鋅(ZnO)及氧化鈉(Na2O)。據(jù)此，本發(fā)明具抗還原特性的微波陶瓷組成物能夠在還原氣氛下與卑金屬共同燒結(jié)，藉以達(dá)到降低制作成本的目的。此外，本發(fā)明更提供一種在低燒結(jié)溫度及還原氣氛下燒結(jié)后所制得的微波陶瓷材料，其能具備高質(zhì)量因子與低介電常數(shù)的特性，成為一種具有高度應(yīng)用價(jià)值的微波陶瓷材料。
文檔編號(hào)C03C10/04GK103193388SQ20121000269
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者周振嘉, 馮奎智, 劉賾銘, 朱立文, 莊朝棟 申請(qǐng)人:東莞華科電子有限公司