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CN117303866B - 陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法 - Google Patents

陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法

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CN117303866B
CN117303866B CN202311052434.1A CN202311052434A CN117303866B CN 117303866 B CN117303866 B CN 117303866B CN 202311052434 A CN202311052434 A CN 202311052434A CN 117303866 B CN117303866 B CN 117303866B
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Abstract

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体为一种陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法，所述陶瓷基板材料的成分包括：至少两种不同粒径的玻璃粉体、陶瓷粉体和有机载体；通过调节不同粒径的所述玻璃粉体的配比，对所述陶瓷基板材料的介电常数进行调控。所述玻璃粉体至少包括中值粒径在2.5‑2.8微米的大颗粒玻璃粉体和中值粒径在1.1‑1.4微米的小颗粒玻璃粉体。本发明通过调节LTCC浆料中玻璃粉体的粒径级配，来控制烧结基板致密程度，从而实现在力学性能波动较小的情况下，得到介电常数可调的陶瓷基板材料，在电子陶瓷元件、电子器件封装等领域具有广阔的应用前景。

Description

陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法。
背景技术
微波介质陶瓷是一种在微波(300 MHz<f<300 GHz)频段下作为介质材料并实现多种功能的新型电子材料。由于微波的波长短、工作频率高、方向性强，穿透力强等特点，它在5G领域扮演着重要的角色。不仅可用作谐振器、滤波器、基板材料，还可实现卫星通信等。介电性能是微波介质陶瓷最重要的性能，包括介电常数、介电损耗等，此外还应该满足良好的力学性能，在实际应用中，需要综合考虑各项性能指标。
低温共烧陶瓷即LTCC技术是一种典型的微波介质陶瓷技术，已经成为电子元件集成化的主流方式，广泛应用在高精尖领域的无线通信中。通过调整LTCC材料体系、组分配比、添加外加剂等方式，可以获得不同介电常数的陶瓷基板材料以满足不同应用场景的需求。
近年来，尽管已经开发出许多不同介电常数的微波介质材料，但开发新的LTCC材料的主要困难在于不仅要满足优异的介电性能，作为搭载电子元器件的支撑材料还应具有优异的力学性能。目前，对于同一材料体系，通过调整组分配比、添加外加剂的方法，在改变陶瓷基板材料介电常数的同时，也会对其力学性能造成不利影响；而通过表面改性等方法，虽然可以做到小范围介电常数的调节，但会增加额外的工艺流程和成本。
因此，有必要提供一种改进的介电常数调控方法，同时保持其优异的力学性能，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷基板材料的介电常数调控方法及制备方法，通过调节LTCC浆料中玻璃粉体粒径级配得到介电常数可调的陶瓷基板材料，同时保持优异的力学性能。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种陶瓷基板材料介电常数的调控方法，所述陶瓷基板材料的成分包括：至少两种不同粒径的玻璃粉体、陶瓷粉体和有机载体；通过调节不同粒径的所述玻璃粉体的配比，对所述陶瓷基板材料的介电常数进行调控。
本发明研究发现，无需对玻璃粉体进行复杂的表面改性，也无需通过其他外加剂，仅需调控玻璃粉体的粒径级配，即可对其介电常数进行调控，还能保证其力学性能，因此显著简化制备过程，降低制备成本。
进一步的，所述陶瓷基板材料在5GHz下的介电常数在6.7-7.5区间内可调，优选在6.9-7.5区间内可调；且抗折强度在210±10MPa范围内波动；优选在210±5MPa范围内波动。本发明的介电常数在6.7-7.5区间内可做到稳定可调，即同一种粒径级配的玻璃粉体，经多次重复得到的陶瓷基板材料，其介电常数的偏差≤0.03，优选≤0.02。
所述抗折强度的的变化区间小，说明在本发明的陶瓷组成体系下，玻璃粉体的粒径级配变化虽然能够使得基板的致密程度不同，但并不会因此造成力学性能的大范围波动，这是现有技术尚未能实现的。
进一步的，所述玻璃粉体至少包括中值粒径在2.5-2.8微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.1-1.4微米的小颗粒玻璃粉体。优选地，所述大颗粒玻璃粉体和小颗粒玻璃粉体为同一种玻璃粉体。选用此两种粒径的玻璃粉体复配，能够使得抗折强度的波动程度最小化，且介电常数发生不同程度的变化。当大颗粒玻璃粉体的粒径过大，或小颗粒玻璃粉体的粒径过小时，虽然介电常数能够变化，但抗折强度也会受较大影响。
所述大颗粒玻璃粉体和小颗粒玻璃粉体的质量比为0:10-10:0，优选为1:9-9:1。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.5微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.1微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.6微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.1微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.7微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.2微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.8微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.3微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.8微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.4微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.5微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.4微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.7微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.3微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
在一些具体实施方式中，玻璃粉体包括中值粒径在2.6微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.4微米的小颗粒玻璃粉体，两者质量比为1:10、1:8、1:6、1:5、1:4、1:2、1:1、1:0.8、1:0.5、1:0.2、1:0.1等。
本发明通过将不同粒径的玻璃粉体按一定比例进行粒径级配，控制烧结基板致密程度。当不同粒径玻璃粉进行级配后，玻璃粉体在生瓷中形成不同的分散和堆积状态，导致烧结后的基板的致密程度不同，即具有不同的孔隙占比。从而实现在陶瓷基板材料力学性能波动较小的情况下，介电常数可调的陶瓷基板材料。
进一步的，所述玻璃粉体为未处理的玻璃粉体，优选为未处理的钙硼镧玻璃粉体。本发明是基于未处理的玻璃粉体的研究，即无需对玻璃粉体进行表面处理，仅通过调节其粒径，即可对介电常数进行调控，从而简化制备工艺，降低成本。
进一步的，所述陶瓷粉体选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝中的一种或多种，所述陶瓷粉体的粒径为3.8-4.0微米。
进一步的，所述陶瓷基板材料的成分按质量百分比包括：至少两种不同粒径的玻璃粉体15-40wt%、陶瓷粉体30-50wt%和有机载体15-40wt%。
进一步的，所述有机载体包括溶剂、粘结剂和增塑剂。
所述溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丙醇中的至少两种；所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
进一步的，所述溶剂占所述有机载体质量的50-85%，优选为68-78%，更优选为70-75%；所述粘结剂占所述有机载体质量的10-25%，优选为12-20%，更优选为15-18%；所述增塑剂占所述有机载体质量的0.1-20%，优选为5-15%，更优选为8-11%。
进一步的，所述陶瓷基板材料为LTCC低温共烧陶瓷。
进一步的，所述陶瓷基板材料介电常数的调控方法，包括：（a）以大小两种玻璃粉体进行粒径级配，所述玻璃粉体大颗粒的中值粒径为2.5-2.8微米，小颗粒的中值粒径为1.1-1.4微米。（b）将级配的玻璃粉体、陶瓷粉体和有机载体球磨混合，得到陶瓷浆料。（c）将陶瓷浆料通过流延成型得到生瓷带；（d）将生瓷带裁切、热压叠层和烧结后，得到所述陶瓷基板材料。
第二方面，本发明提供一种介电常数可调的陶瓷基板材料，采用以上任一项所述的调控方法得到。
第三方面，本发明提供一种介电常数可调的陶瓷基板材料的制备方法，包括：
步骤一，将至少两种不同粒径的玻璃粉体进行粒径级配，得到级配玻璃粉体；
步骤二，将溶剂、粘结剂、增塑剂进行混合，搅拌后得到有机载体；
步骤三，将所述级配玻璃粉体、陶瓷粉体和所述有机载体球磨混合，得到陶瓷浆料；
步骤四，将所述陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后流延，得到LTCC生瓷带。
步骤五，将所述生瓷带进行裁切、叠层热压和烧结，得到陶瓷基板材料。
进一步的，所述流延的速度为0.5m/min~1.0m/min；
所述球磨混合的时间为36-60h；
所述烧结的温度为845-895℃℃，时间为18-36h。
进一步的，所述LTCC生瓷带的厚度为100-130微米，所述叠层中所述LTCC生瓷带的层数为6-12层。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的介电常数可调的陶瓷基板材料，通过调节陶瓷浆料中玻璃粉体的粒径级配，控制烧结基板的致密程度，从而实现在力学性能波动较小的情况下，得到介电常数可调的陶瓷基板材料，具有很高的生产价值和研究意义，在电子陶瓷元件和电子器件封装等领域具有广阔的应用前景。
2、本发明生产成本低，工艺简单，反应条件可控，适合大批量的流延浆料调控，从而得到多批次介电常数可调的陶瓷基板材料。
3、本发明在保证陶瓷粉体和其他LTCC浆料组分相同的情况下，单独对玻璃粉体的粒度级配进行调整，避免多重变量引起的干扰，最终得到致密程度不同的陶瓷基板材料，达到介电常数可调的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的生瓷材料中玻璃粉体的分布示意图。
图2为本发明实施例3、4、7、8在845℃下烧结得到的陶瓷基板材料的XRD图谱。
图3为本发明实施例3、4、7、8在845℃下烧结得到的陶瓷基板材料的断面扫描电镜照片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供第一种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.5微米的玻璃粉40g和D50为1.1微米的玻璃粉160g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h，得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为7.221，抗折强度为210.6MPa。
实施例2
本实施例提供第二种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.5微米的玻璃粉90g和D50为1.4微米的玻璃粉110g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为7.018，抗折强度为206.3 MPa。
实施例3
本实施例提供第三种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.8微米的玻璃粉120g和D50为1.1微米的玻璃粉80g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为7.508，抗折强度为209.8 MPa。
实施例4
本实施例提供第四种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.8微米的玻璃粉160g和D50为1.4微米的玻璃粉40g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为6.912，抗折强度为205.2 MPa。
实施例5
本实施例提供第五种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.6微米的玻璃粉40g和D50为1.1微米的玻璃粉160g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为7.205，抗折强度为211.4 MPa。
实施例6
本实施例提供第六种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取D50为2.5微米的玻璃粉160g和D50为1.3微米的玻璃粉40g，加入到混料机中混合，常温25℃混合10min；
（2）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h，得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（3）用电子天平称取240g α-氧化铝粉体，和级配的玻璃粉体200g加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（4）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（5）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为6.903，抗折强度为207.7 MPa。
实施例7
本实施例提供第七种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（2）用电子天平分别称取240g α-氧化铝粉体，和D50为2.6微米的玻璃粉200g，加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（3）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（4）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为6.702，抗折强度为208.1 MPa。
实施例8
本实施例提供第八种由大小两种玻璃粉体进行粒径级配，制备陶瓷浆料并流延成型、烧结得到介电常数可调的陶瓷基板材料及其制备方法，具体步骤如下：
（1）用电子天平分别称取乙酸乙酯120g、乙酸丁酯120g、丙烯酸树脂55g、邻苯二甲酸二辛脂 30g于球磨罐中，并加入球磨介质，常温25℃下预混4h,得到分散均匀、没有未溶解颗粒的有机载体；
（2）用电子天平分别称取240g α-氧化铝粉体，和D50为1.3微米的玻璃粉200g，加入提前配置好有机载体的球磨罐中，常温25℃下球磨36h。
（3）将陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后以0.8m/min的流延速度，得到120微米厚的LTCC生瓷带。
（4）将生瓷带进行裁切，叠8层厚度后热压，得到巴块，放置于烧结炉中，使其梯度升温到845℃，总烧结时间为20h。
经测试所得陶瓷基板材料常温5GHz介电常数为7.306，抗折强度为212.4MPa。
表1 实施例1-8的粒径级配
实施例 大粒径（μm） 大粒径质量（g） 小粒径（μm） 小粒径质量（g）
实施例1 2.5 40 1.1 160
实施例2 2.5 90 1.4 110
实施例3 2.8 120 1.1 80
实施例4 2.8 160 1.4 40
实施例5 2.6 40 1.1 160
实施例6 2.5 160 1.3 40
实施例7 2.6 200 — 0
实施例8 — 0 1.3 200
介电常数测试和抗折强度测试方法
介电常数：采用美国Keysight公司E5080B型谐振腔法网络分析仪测试得到样品在5 GHz下的介电常数，测试精度为±0.02以内。
抗折强度：参照国家标准GB/T 6569-2006精细陶瓷弯曲强度试验方法，制备烧结基板三点弯曲试样，并在美国MTS公司E42型万能试验机上进行三点弯曲强度测试，试样受力面经金刚石研磨抛光，测试跨距15 mm，压头移动速率0.5 mm/min，得到试样最大弯曲强度。
表2 实施例1-8的介电常数和抗折强度
实施例 介电常数 抗折强度（MPa）
实施例1 7.221 210.6
实施例2 7.018 206.3
实施例3 7.508 209.8
实施例4 6.912 205.2
实施例5 7.205 211.4
实施例6 6.903 207.7
实施例7 6.702 208.1
实施例8 7.306 212.4
从表1和2可以看出，在本发明限定的粒径区间内，对介电常数起主要影响的是两种粒径玻璃粉体的用量比。例如实施例1和5的用量比相同，其介电常数相同，实施例4和6的用量比相同，其介电常数也相同。且从实施例3和4可以看出，当大粒径玻璃粉体含量远高于小粒径玻璃粉体时（两者比值≥4），小粒径的玻璃粉体难以完全填充大粒径玻璃粉体形成的孔隙，因此孔隙率较高，介电常数相应降低，但其抗折强度并未明显降低，说明此两种粒径的玻璃粉体对力学性能也有一定的增效作用，以抵消孔隙对强度的影响。当大粒径玻璃粉体含量与小粒径玻璃粉体含量接近时（两者比值约在1.3-1.6），孔隙率较低，介电常数相应较大。
图1为本发明提供的生瓷材料中玻璃粉体的分布示意图。a为大颗粒玻璃粉和氧化铝粉及气孔的分布状态，b为小颗粒玻璃粉和氧化铝粉及气孔的分布状态，c为大小颗粒玻璃粉级配和氧化铝粉及气孔的分布状态。
图2为本发明提供的实施例实施例3、4、7、8在845℃下烧结得到的陶瓷基板材料XRD图谱。通过对比发现，实施例3、4、7、8的析晶峰位置和强度相似，未发生明显变化，表明改变玻璃粉体粒度级配后，并没有产生新的晶相，这是保证材料体系力学性能不发生明显变化的重要前提。
图3为本发明提供的实施例3、4、7、8在845℃下烧结得到的陶瓷基板材料断面扫描电镜照片，可以观察到不同粒度玻璃粉进行级配烧结后，样品内部微观上具有不同大小的孔隙。
有机粘结剂在烧结过程中被完全烧蚀，基板致密化过程主要通过液态玻璃相的流动和对陶瓷颗粒的重排来完成。当不同粒径玻璃粉进行级配后，玻璃粉体在生瓷中形成不同的分散和堆积状态，导致烧结后的基板的致密程度不同，即具有不同的孔隙占比。
根据组成成分材料随机排列的多相材料的介电常数计算经验公式:
（1）
式中：为材料的介电常数，为成分材料1的电常数，为成分材料2的介电常数，为成分材料1的体积分数，为成分材料2的体积分数。可知多相材料的介电常数与各组分的介电常数和体积分数密切相关。由图1可知，不同实施例样品析出的晶相和相对含量基本一致，氧化铝的介电常数为9.8，主晶相LaBO3的介电常数为11.8，空气的介电常数约为1，远小于各类晶相和玻璃相，因此孔隙占比为此时材料介电常数的主要影响因素，孔隙占比越高的样品介电常数越低。因此，通过将大小两种玻璃粉体按一定比例进行粒径级配，控制烧结基板致密程度，从而制备得到介电常数可调的陶瓷基板材料。同时，从本发明的抗折强度测试结果可以看出，在本发明限定的粒度级配下，即使由于孔隙占比发生变化，抗折强度也不会大幅度降低。
为了进一步验证本发明粒径级配的稳定性影响，本发明进行了多组粒径级配的实验，粒径级配如表3所示。
表3 实施例9-20的粒径级配
实施例 大粒径（μm） 大粒径质量（g） 小粒径（μm） 小粒径质量（g）
实施例9 2.8 40 1.1 160
实施例10 2.7 40 1.3 160
实施例11 2.8 90 1.1 110
实施例12 2.6 90 1.2 110
实施例13 2.5 120 1.4 80
实施例14 2.6 120 1.1 80
实施例15 2.8 160 1.1 40
实施例16 2.6 160 1.2 40
实施例17 2.8 180 1.1 20
实施例18 2.8 20 1.1 180
实施例19 3.0 160 1.1 40
实施例20 2.8 160 0.9 40
表4 实施例9-20的介电常数和抗折强度
实施例 介电常数 抗折强度（MPa）
实施例9 7.219 210.2
实施例10 7.214 210.8
实施例11 7.031 206.9
实施例12 7.022 206.1
实施例13 7.493 209.4
实施例14 7.502 210.1
实施例15 6.918 205.8
实施例16 6.924 205.0
实施例17 6.781 208.9
实施例18 7.256 211.9
实施例19 6.325 178.8
实施例20 6.482 186.5
从表4可以看出，当质量配比相同时，在本发明限定的粒度区间内，介电常数的波动小于0.02，且抗折强度在210±5 MPa范围内波动。当配比变化时，介电常数发生变化，说明本发明通过玻璃粉体的粒度级配，能够对介电常数进行调节，同时保持其强度。当粒度在本发明限定以外时，介电常数发生较大变化，抗折强度显著降低，难以满足较高的应用需求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述陶瓷基板材料的成分包括：至少两种不同粒径的玻璃粉体、陶瓷粉体和有机载体；通过调节不同粒径的所述玻璃粉体的配比，对所述陶瓷基板材料的介电常数进行调控；
所述玻璃粉体至少包括中值粒径在2.5-2.8微米的大颗粒玻璃粉体，和中值粒径在1.1-1.4微米的小颗粒玻璃粉体；
所述大颗粒玻璃粉体和小颗粒玻璃粉体的质量比为1:9-9:1；
所述玻璃粉体为钙硼镧玻璃粉体；
所述陶瓷粉体选自α-氧化铝、β-氧化铝和γ-氧化铝中的一种或多种，所述陶瓷粉体的粒径为3.8-4.0微米。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述陶瓷基板材料5GHz下的介电常数在6.7-7.5区间内可调，且抗折强度在210±10MPa范围内波动。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述陶瓷基板材料抗折强度在210±5MPa范围内波动。
4.根据权利要求3所述的陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述陶瓷基板材料的成分按质量百分比包括：至少两种不同粒径的玻璃粉体15-40wt%、陶瓷粉体30-50wt%和有机载体15-40wt%。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述有机载体包括溶剂、粘结剂和增塑剂；
所述溶剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丙醇中的至少两种；所述粘结剂包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的陶瓷基板材料介电常数的调控方法，其特征在于，所述溶剂占所述有机载体质量的50-85%；所述粘结剂占所述有机载体质量的10-25%；所述增塑剂占所述有机载体质量的5-15%；
和/或，所述陶瓷基板材料为LTCC低温共烧陶瓷。
7.一种介电常数可调的陶瓷基板材料，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的调控方法得到。
8.一种权利要求7所述的介电常数可调的陶瓷基板材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤一，将至少两种不同粒径的玻璃粉体进行粒径级配，得到级配玻璃粉体；
步骤二，将溶剂、粘结剂、增塑剂进行混合，搅拌后得到有机载体；
步骤三，将所述级配玻璃粉体、陶瓷粉体和所述有机载体球磨混合，得到陶瓷浆料；
步骤四，将所述陶瓷浆料进行真空脱泡处理，然后流延，得到LTCC生瓷带；
步骤五，将所述生瓷带进行裁切、叠层热压和烧结，得到陶瓷基板材料。
9.根据权利要求8所述的介电常数可调的陶瓷基板材料的制备方法，其特征在于，所述流延的速度为0.5m/min~1.0m/min；
所述球磨混合的时间为36-60h；
所述烧结的温度为845-895℃，时间为18-36h；
和/或，所述LTCC生瓷带的厚度为100-130微米，所述叠层中所述LTCC生瓷带的层数为6-12层。
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