论文总字数：29385字

摘 要

低温共烧陶瓷（LTCC）技术是新一代电子信息制造业的核心技术之一，为无源电子器件的集成化和小型化提供了一种理想的平台，而低温共烧陶瓷介质是该技术的关键材料。大多数材料的烧结温度均在900℃左右，目前人们开始关注能否进一步降低烧结温度，从而有利于降低能耗，防止易挥发组分的挥发及其同其他材料的反应。超低温烧结微波介质陶瓷作为无源集成技术的主要介质材料，可广泛应用于无线通讯、可穿戴电子、物联网和全球定位系统等领域，其相关研究具有重要的应用价值和理论指导意义。

目前研究热点之一是700℃以下的超低温烧结陶瓷(ULTCC)材料的开发，有利于降低能耗，防止易挥发组分的挥发以及同其他材料的反应。许多具有出色的微波介电性能和超低烧结温度（低于700℃）的陶瓷，例如CuMoO₄，10Li₂O-10Na₂O-20K₂O-60MoO₃，Bi₂O₃-TeO₂和α-MoO₃已经被研究。但是，关于超低温烧结陶瓷材料的认识仍然非常有限，但已有少部分具有优异性能的材料有望实际应用于电子技术领域。较低的烧结温度意味着低成本，因此迫切需要对700℃以下超低温烧结陶瓷系统进行研究。

本课题旨在降低高性能的微波介质材料的烧结温度，即在较低的烧结温度下，仍能实现致密化并获得高介电性能。Bi₃B₅O₁₂陶瓷具有良好的微波介电性能（ε_r=10，Q×f=10800 GHz，τ_f=-41 ppm/℃）和较低的烧结温度（700℃）。但是，其烧结温度太高，无法与Al电极混合（在660°C的温度下熔化）。低熔点玻璃作为烧结助剂，可降低Bi₃B₅O₁₂陶瓷的烧结温度。在此次实验中，将Li₃BO₃玻璃和ZnBi₂B₂O₇玻璃分别作为烧结助剂参与Bi₃B₅O₁₂陶瓷的制备。此外，还研究了陶瓷的烧结性能，微结构，微波介电性能以及与铝和银的相容性。

关键词：烧结温度；ULTCC；Bi₃B₅O₁₂陶瓷；烧结助剂；

Abstract

Low temperature co-fired ceramics (LTCC) technology is one of the core technologies in the new generation of electronic information manufacturing industry, which provides an ideal platform for the integration and miniaturization of passive electronic devices.And the low-temperature co-fired ceramic medium is the key material of this technology.The sintering temperature of most materials is around 900℃. At present, people are beginning to pay attention to whether the sintering temperature can be further reduced, which is conducive to reducing energy consumption and preventing volatilization of volatile components and their reactions with other materials. As the main dielectric material of passive integration technology, ultra-low temperature sintered microwave dielectric ceramics can be widely used in wireless communication, wearable electronics, Internet of Things, global positioning system and other fields. Its related research has important application value and theoretical guiding significance.

At present, one of the research hotspots is the development of ultra-low temperature sintered ceramic (ULTCC) materials below 700℃, which is conducive to reducing energy consumption, preventing volatilization of volatile components and reactions with other materials. Many ceramics with excellent microwave dielectric properties and ultra-low sintering temperature (below 700℃), such as CuMoO₄, 10Li₂O-10Na₂O-20K₂O-60MoO₃, Bi₂O₃-TeO₂ and α-MoO₃, have been studied. However, the understanding of ultra-low temperature sintered ceramic materials is still very limited, but a few materials with excellent properties are expected to be applied in the field of electronic technology. Lower sintering temperature means lower cost, so it is urgent to study ultra-low temperature sintering ceramic system below 700℃.

This topic aims to reduce the sintering temperature of high-performance microwave dielectric materials, i.e. at a lower sintering temperature, densification can still be realized and high dielectric properties can be obtained.Bi₃B₅O₁₂ ceramics have good microwave dielectric properties (ε_r=10, Q×f=10800 GHz, τ_f=-41 ppm/℃) and lower sintering temperature (700℃). However, its sintering temperature is too high to mix with Al electrode (melt at 660°C).Low melting point glass as sintering aid can reduce the sintering temperature of Bi3B5O12 ceramics. In this experiment, Li3BO3 glass and ZnBi2B2O7 glass were used as sintering aids to prepare Bi3B5O12 ceramics respectively. In addition, the sintering properties, microstructure, microwave dielectric properties and compatibility with aluminum and silver of ceramics were also studied.

Key words: sintering temperature; ULTCC; Bi3B5O12 ceramics; Sintering aids.

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 3

1.1 LTCC技术介绍 3

1.1.1 LTCC技术背景介绍 3

1.1.2 LTCC技术概念 3

1.1.3 LTCC技术特点......................................................................................3

1.1.4 LTCC技术国内外发展现状..................................................................4

1.1.5 LTCC技术前景展望..............................................................................4

1.2 超低温共烧陶瓷(ULTCC) 5

1.2.1 基本介绍 5

1.2.2 超低温烧结材料 5

1.3 低熔点玻璃烧结助剂 8

1.4 微波介电陶瓷的重要参数 9

1.4.1 微波频段介电常数 9

1.4.2 谐振频率温度系数 9

1.4.3 品质因数 9

1.5 研究的意义与内容 10

1.5.1研究的意义 10

1.5.2 研究的内容 10

第2章 实验方法 11

2.1 引言 11

2.2 低熔点玻璃的制备 11

2.3 Bi₃B₅O₁₂陶瓷的制备 11

2.4 样品的分析与测试 13

2.4.1 XRD(X射线衍射分析) 13

2.4.2 微波介电性能的测量 13

第3章 数据处理与分析 14

3.1 引言 14

3.2 烧结助剂对陶瓷材料晶相组成的影响 14

3.2.1 Li₃BO₃玻璃 14

3.2.2 ZnBi₂B₂O₇玻璃 14

3.3 烧结助剂对陶瓷性能的影响 15

3.3.1 Bi₃B₅O₁₂陶瓷的烧结温度 15

3.3.2 ZnBi₂B₂O₇玻璃 16

3.3.3 ZnBi₂B₂O₇玻璃 16

3.4 烧结助剂对品质因数的影响 16

第4章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第1章 绪论

1.1 LTCC技术介绍

1.1.1 LTCC技术背景介绍

伴随时代的进步，微电子技术正处于快速发展期，在5G时代智能手机、平板电脑、照相机、射频识别标签、可穿戴设备和传感器等都可通过几个公共和私人无线设备连接起来，一个具有多个多功能传感器和处理设备的互联无线世界已经成为现实。市场需求促进电路的集成程度进一步提高，这就为相关产业建构技术竞争力指明方向。在微电子工业中，对不同类型微波介质性能的陶瓷的需求正在迅速增加，小尺寸、高频率、高集成度和高可靠性的电子元器件备受市场青睐。多层共烧陶瓷技术用于制造带通滤波器、振荡器、波导和天线等器件，以实现无线通信中微波元件的小型化。关于这类陶瓷，实际应用所需的重要特性是：相对介电常数（小型化高，快速信号传输低）、低介电损耗、温度介电性能稳定，CTE与其他材料相匹配，烧结温度低于电极材料，材料导热系数高，与银、铝等电极材料化学相容性好等。然而，这些材料大多具有较高的烧结温度，这就限制了它们的使用及其与其他材料的集成，如低熔化电极、半导体(如硅或锗)作为聚合物基底物。高的加工温度也会导致较大的能耗，挥发组分的蒸发以及与其他材料的反应。在实际应用中，介电材料应与电极材料化学兼容，同时争取能够降低成本。由此，低温共烧陶瓷(LTCC)技术在大量市场需求下得到了飞速发展。

1.1.2 LTCC技术概念

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