Композиции диэлектрика с низкой к для применений при высоких частотах - RU2701611C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящий объект изобретения относится к композициям диэлектрика, которые могут быть спечены при 1100°С, 950°С или 900°С или ниже, а после обжигания образуют компонент диэлектрика, имеющий низкую диэлектрическую постоянную К (т.е. относительную проницаемость диэлектрического материала), которая меньше или равна 4, или меньше или равна 6, или меньше или равна 8, и имеет значение Q системы более 500 или более 1000, и полезна для применений при высоких частотах, таких как беспроводные, мобильные (2-27 ГГц) автомобильные радары для смарт-автомобилей (77-80 ГГц) и применений низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (НСОК).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В применениях в сфере связи диэлектрические материалы с высоким коэффициентом качества (Q) желательны для создания диэлектрического слоя, поскольку материалы с высоким Q имеют низкую скорость энергетической потери, и, ввиду этого, колебания, генерируемые в материале, продолжаются дольше, без утраты силы. Коэффициент Q диэлектрического материала равен 1/tanθ, где tan(представляет собой тангенс диэлектрических потерь. Существует растущий спрос на диэлектрические материалы с очень высокими значениями Q, превышающими 500 или более 1000 для применений при высоких частотах.

[0003] Материалы с высоким Q, как правило, основаны на кристаллических оксидных материалах, которые спекаются при высоких температурах более 1000°С или более 1100°С; например, порошки титаната, которые имеют значение К более чем примерно 20. Материалы с более низкой К пользуются большим спросом в электронной промышленности, в том числе в промышленности микроэлектроники, которая нуждается в материалах с более низкой потерей сигнала (которая пропорциональна диэлектрической постоянной) или меньшим временем задержки, наряду с уменьшением перекрестных помех между двумя проводящими линиями. Здесь К должен быть менее 6, предпочтительно менее 4 (даже менее чем 3,8). Для данной цели существует ряд оксидных керамических материалов с высоким Q и низким К, таких как диоксид кремния (K ~ 3,8), (- эвкриптит (LiAISiO₄) (K ~ 4,8), силлиманит (Al₂O₃⋅SiO₂) (K ~ 5,3), альбит (NaAlSi₃O₈) (K ~ 5,5), фосфат магния (Мg₂Р₂O₇) (K (6,1), фосфат алюминия (АlРO₄) (K ~ 6,1), кордиерит (2MgO⋅2Al₂O₃⋅5SiO₂) (K ~ 6,2) и виллемит (2ZnO⋅SiO₂) (K ~ 6,6), в которых символ «~» означает «приблизительно равный». Однако данные кристаллические оксидные материалы имеют очень высокие температуры спекания (например, более 1000°С или более 1100°С) и, вследствие этого, не могут быть совместимы с совместным обжигом с другими компонентами электронного узла, например, серебряными проводниками, которые присутствуют в электрических узлах и имеют температуру плавления около 960°С.

[0004] Из уровня техники известны некоторые материалы НСОК с K 4-12 на основе стекла, добавляемые к диэлектрическим системам. Добавление привычных стекол с низкой температурой размягчения, например, стекол ZnO-B₂O₃-SiO₂, к данным материалам с низкой K может снизить температуру спекания, например, менее чем 1100°С, 950°С или 900°С, так что она станет ниже температуры плавления серебряных проводников, которые присутствуют в электрических узлах. Однако такое добавление привычных стекол также приводит либо к понижению значения Q, либо к увеличению диэлектрических постоянных данных материалов с низкой K, и в случае добавления недостаточного количества стекла, температура спекания остается высокой, например, выше 1100°С или выше 950°С.Следовательно, данные системы, содержащие стекло и зависящие от того, сколько стекла добавлено в систему, могут претерпевать повышение K выше 4, понижение значения Q или иметь более высокие температуры спекания, составляющие более 950°С или даже более чем 1000°°С, или даже более чем 1100°С. Ввиду этого довольно сложно изготовить материал с высоким Q, значением K менее 4 при измерении на высоких частотах и температурой спекания ниже 900°С.Таким образом, существует потребность в разработке улучшенных композиций диэлектрика с низкой K для применения при высоких частотах.

[0005] В уровне техники используются подложки на органической основе, такие как материалы печатной платы FR-4 или (ХОГФ или ФОГФ), полученные из неорганических стеклянных материалов фторированного стекла (SiOF). Однако даже для этих материалов их изготовление в объемном виде (например, автономный объемный резонатор) невозможно с использованием привычных подходов литья или спекания. Более того, данные материалы, как правило, эксплуатируются скорее на более низких частотах (при низких МГц), нежели на более высоких частотах, не могут выдерживать более высокие рабочие температуры, более высокие значения удельной энергоемкости и имеют меньшую механическую прочность.

[0006] Таким образом, существует потребность в обеспечении улучшенных композиций, которые устраняют недостатки предыдущих диэлектрических материалов.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Трудности и недостатки, связанные с ранее известными композициями, устранены в настоящих композициях, способах и системах.

[0008] В одном аспекте настоящий объект изобретения относится к спеченному диэлектрическому материалу, содержащему, до спекания, часть твердых веществ, содержащую кварцевый порошок при 10-99 вес.% или 10-95 вес.%, и стеклянный компонент (или фритты) при 1-90 вес.% или при 5-90 вес.%. Стеклянный компонент содержит 50-90 мол. % SiO₂, 5-35 мол. % или 0,1-35 мол. % В₂O₃, 0,1-10 мол. % или 0,1-25 мол. % Аl₂O₃, 0,1-10 мол. % K₂O, 0,1-10 мол. % Na₂O, 0,1-20 мол. % Li₂O, 0,1-30 мол. % F. Общее количество Li₂O+Na₂O+K₂O составляет 0,1-30 мол. % стеклянного компонента. Спеченный диэлектрический материал имеет диэлектрическую постоянную менее 8 и значение Q более 500 при спекании при температуре менее 1100°С.Однако, без привязки к какой-либо теории, считается, что более тяжелые щелочные ионы, такие как Cs⁺, Rb⁺, как правило, не столь эффективны, как более легкие щелочные ионы (Li⁺, Na⁺, K⁺) в уменьшении значения K, в принципе, эти более тяжелые щелочные ионы (например, представленные в виде Cs₂O, Rb₂O), все еще могут быть добавлены с целью уменьшения значения K вместо более тяжелых оксидов щелочноземельных металлов, таких как SrO, ВаО, которые могут увеличить значение K.

[0009] В другом аспекте настоящий объект изобретения обеспечивает способ формирования диэлектрического компонента, включающий обеспечение композиции диэлектрика, содержащей часть твердых веществ, содержащую 10-95 вес.% или 10-99 вес.% кварцевого порошка, имеющего размер D-50 частицы 0,5-30 мкм, и 5-90 вес.% или 1-90 вес.% стеклянного компонента. Стеклянный компонент содержит 50-90 мол. % SiO₂, 5-35 мол. % или 0,1-35 мол. % В₂O₃, 0,1-10 мол. % или 0,1-25 мол. % Al₂O₃, 0,1-10 мол. % K₂O, 0,1-10 мол. % Na₂O, 0,1-20 мол. % Li₂O, 0,1-30 мол. % F. Общее количество Li₂O+Na₂O+K₂O составляет 0,1-30 мол. % стеклянного компонента. Способ включает нагревание композиции диэлектрика до 800-950°С или 700-900°°С, или 700-950°С, или 700-1100°С в течение 10-10000 минут для спекания части твердых веществ и, таким образом, образования диэлектрического компонента. Диэлектрический компонент имеет диэлектрическую постоянную меньше 8 и значение Q больше 500.

[0010] Как будет ясно, объект изобретения, описанный в настоящем документе, может быть реализован в других и отличающихся вариантах реализации, а некоторые его особенности могут быть модифицированы в разных отношениях, причем все они не выходят за рамки заявленного объекта изобретения. Следовательно, чертежи и описание следует рассматривать в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] Фиг. 1 представляет собой фотографию обожженного диэлектрического материала из Примера 1, в соответствии с настоящим объектом изобретения.

[0012] Фиг. 2 представляет собой график, на котором показан профиль обжига, используемый для производства обжигаемого диэлектрического материала из Примера 1.

[0013] Фиг. 3 и 4 представляют собой РЭМ-изображения при различных увеличениях масштаба диэлектрического материала из Примера 1.

[0014] Фиг. 5 представляет собой фотографию обожженного диэлектрического материала, подобного материалу из Примера 1, за исключением того, что вместо плавленого кварца включен кварц, в соответствии с настоящим объектом изобретения.

[0015] Фиг. 6 представляет собой фотографию обожженного диэлектрического материала, подобного материалу из Примера 1, за исключением того, что вместо плавленого кварца включен кристобалит, в соответствии с настоящим объектом изобретения

[0016] Фиг. 7 представляет собой фотографию обожженного диэлектрического материала из Примера 2, в соответствии с настоящим объектом изобретения.

[0017] Фиг. 8 и 9 представляют собой РЭМ-изображения при различных

увеличениях масштаба диэлектрического материала из Примера 2.

[0018] Фиг. 10 представляет собой фотографию сравнительного примера

обожженного диэлектрического материала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ

[0019] Настоящее изобретение относится к композициям диэлектрика с низкой К, которые могут быть обожжены до теоретической плотности более 90% при максимальных температурах ниже, чем примерно 1100°С или ниже, чем примерно 1000°С, или ниже, чем примерно 950°°С или, более предпочтительно, ниже, чем 900°С.Композиция диэлектрика имеет значение K, которое меньше или равно 8 (например, K=2-8) или меньше 6 (например, K=2-6), предпочтительно, меньше 4,0 (например, K=2-4,0), более предпочтительно, меньше 3,8 (например, K=2-3,8) и наиболее предпочтительно, меньше 3,5 (например, K=2-3,5) при измерении при 5-75 ГГц или при 10-30 ГГц; при этом сохраняя высокие значения Q, например, значения Q более 500,1000, 2000, 5000,10000, 15000, 20000, 30000, 40000 или 50000, или любое значение между вышеизложенным, или даже большее, при измерении на частотах с более высокими ГГц.

[0020] Композиции диэлектрика, в соответствии с изобретением, пригодны для электрических компонентов, основанных на диэлектриках с низкой диэлектрической постоянной, таких как резонаторы, полосовые фильтры, генераторы колебаний, антенны (обычная и малая антенна и их миниатюризация) и НСОК-подложки, а также пригодны для других применений при высоких частотах с использованием сверхвысоких частот 300 МГц-300 ГГц, в том числе на частотах 850-1900 МГц для четырехдиапазонных сфер применения GSM, 2400 МГц для сфер применения с Bluetooth и Wi-Fi, и более чем 1 ГГц, более предпочтительно, более чем 10 ГГц, наиболее предпочтительно, в мм-волнах от 30 ГГц до 300 ГГц; в частности, на частоте 27 ГГц для беспроводной связи, на частоте 54-66 ГГц для широкополосной беспроводной передачи, на полосах частот 77-79 ГГц для высокоскоростной беспроводной передачи, на полосах частот 54-66 ГГц и 77-79 ГГц для радиолокационной связи в автомобиле и даже на частотах, измеряемых в ТГц. В дополнение, обожженные композиции диэлектрика имеют низкую потерю в системе, что отражено в тангентальном значении потери, составляющем менее 0,004, 0,002, 0,001, 0,0005 или 0,0001.

[0021] Диэлектрические компоненты, образованные путем спекания композиций диэлектрика, могут использоваться для телефонной связи, в радиолокационной промышленности, робототехнике, медицинских приборах, смарт-устройствах, смарт-автомобилях, преобразователях и хранилищах энергии, 4G-приложениях оконечного оборудования линии связи, 5G-приложениях, m2m-системах (связь машина к машине) и развивающихся приложениях loT («Интернет вещей»).

[0022] Например, в отрасли микроэлектроники материалы с низкой К используются для получения более низкой потери сигнала (которая пропорциональна диэлектрической постоянной K материала) и меньшей задержки, а также для уменьшения перекрестных помех между двумя проводящими линиями. Желательно, чтобы значения K данных материалов были меньше, чем примерно 4 или меньше, чем примерно 3,8. В материалах уровня техники используются либо подложки на органической основе, такие как марка материала печатной платы FR-4, или химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ) или физическое осаждение из газовой фазы (ФОГФ), выращенные фторированные неорганические стеклообразные материалы (SiOF). Однако изготовление этих материалов даже в объемном виде (например, автономный объемный резонатор), а не в виде покрытия, невозможно с использованием привычных подходов пленочного литья или объемного спекания, и эти обычные материалы, как правило, эксплуатируются на более низких частотах (при низких МГц). Однако композиции диэлектрика с низкой К, в соответствии с изобретением, являются эффективными на более высоких частотах и могут использоваться в качестве монолитной подложки с малой потерей, такой как НСОК или СНСОК (сверхнизкотемпературная совместно обжигаемая керамика), для применений при высоких частотах.

[0023] Кроме того, беспроводная связь, мобильная связь, Интернет и области связности нуждаются в материалах, которые эксплуатируются при высоких частотах, составляющих более чем 300 МГц, вплоть до микроволновых или миллиметровых частот от 300 МГц до 300 ГГц, и в дальнейшем могут распространиться даже на частоты в ТГц. Существующие материалы с низкой К обеспечивают повышенную скорость передачи с уменьшенной энергией или без ее потерь. Поскольку резонансные частоты (f_r), т.е. рабочие частоты, обратно пропорциональны размеру резонатора (d) и диэлектрической постоянной (K) материала, образующего резонатор, существующие материалы с низкой К позволят увеличить рабочие частоты, поскольку они имеют более высокий коэффициент качества (Q), составляющий более чем 1000, при данных рабочих (резонансных) частотах. Таким образом, материалы обеспечивают повышенную скорость передачи, уменьшенное время задержки (или латентность) и превосходное качество сигналов ввиду более низких потерь. Существующие материалы с низкой К и высоким Q являются эффективными на более высоких частотах и ввиду этого хорошо подходят для беспроводных сфер применения, радиолокационной связи и сфер применения с низкой латентностью (быстрой передачей и приемом сигналов).

[0024] В дополнение, настоящее изобретение включает в себя различные технологии нанесения и формирования, которые позволяют производить диэлектрического компонента, изготовленного из спеченного диэлектрического материала, различных размеров (d). Таким образом, диэлектрический компонент может быть выполнен со значением размера, которое является относительно большим (например, объемный или автономный диэлектрический компонент) до значения размера, которое является очень малым (например, диэлектрическая дорожка микронного или субмикронного размера, сформированная на подложке) в зависимости от технологий нанесения/формирования.

[0025] Размер элемента (d) диэлектрического компонента может контролироваться в порядке убывания размеров с использованием определенных технологий производства, включая сухое прессование, пленочное литье, осаждение с помощью шприца, трафаретную печать, цифровую или струйную печать, микро-распыление, горячее прессование, холодное спекание, осаждение методом золь-гель, пленочное литье и осаждение экструзией. Таким образом, электронные устройства, содержащие данные диэлектрические компоненты с низкой К, могут эксплуатироваться на все больших высоких частотах по мере уменьшения размера (d) диэлектрических компонентов. Для данных целей и для данных способов производства, диэлектрический материал перед спеканием может содержать части твердых веществ со средними размерами частиц от примерно 10 нанометров (нм) и выше, от 100 нм до 30 микрометров (мкм) и, в конкретных вариантах применения, от 3 микрометров (мкм) до 30 мкм для сухого прессования порции пород; менее 1-3 мкм для пленочного литья, 0,5-3 мкм для трафаретной печати и 0,1-1 мкм, предпочтительно 0,1-0,8 мкм, более предпочтительно, 0,1-0,5 мкм для струйной печати или цифровой печати.

[0026] Ввиду своих низких температур спекания, составляющих менее чем 1100°С, 950°С или 900°С, эти диэлектрические материалы с низкой К совместимы с другими электронными компонентами, в первую очередь индукторами и проводниками. Совместный обжиг диэлектрического материала может включать согласование характеристик диэлектрического материала с характеристиками совместно обжигаемых материалов, например, согласование максимальной температуры обжига, теплового расширения (для уменьшения деформации) и усадки при обработке диэлектрических материалов в виде лент (снова, с целью уменьшения деформации). В одном варианте реализации состав композиции диэлектрика может изменяться так, чтобы обеспечить материалы с низкой К и отличающимися коэффициентами теплового расширения (КТР), сохраняя при этом относительно постоянные значения K и Q.

[0027] В соответствии с настоящим объектом изобретения, пористость спеченного диэлектрического материала может регулироваться с целью понижения значения K. Пористость спеченного диэлектрического материала может контролироваться путем включения частиц в части твердых веществ от 0,1 до 10 вес.% и имеющих средний размер частиц от 100 нм до 30 мкм или от 10 нм до 30 мкм. Частицы могут включать пустотелые стеклянные порошки или частицы, пустотелые сферические частицы диоксида кремния, пористые силикатные стекла, пористые органосиликатные стекла, частицы ксерогеля, частицы аэрогеля, полисилоксаны, частицы цеолита, пустотелые керамические сферы, частицы слюды, материалы, которые выделяют химически связанный O₂ или связанную воду при нагревании до определенных температур, или другие пористые частицы.

[0028] Значение K также может быть понижено путем включения в диэлектрический материал оксифторида, имеющего низкоатомные катионы, такие как Li⁺, В³⁺, Si⁴⁺, Аl³⁺, или включения углеродсодержащих композитных частиц стекла, таких как боросиликатные стекла, полученные из золь-геля, содержащие разные пропорции углерода в своей структуре, чтобы иметь низкие поляризующиеся С-О, С-Н, -F, C-F связи в структуре. В дополнение, могут быть включены ионы с низким весом, такие как Ве⁺, Сl^-, Br, N^3-, I-.

[0029] Настоящий объект изобретения также включает в себя обеспечение материалов с немного более высокой K (например, K, которая меньше или равна 6, или K, которая меньше или равна 8), но с превосходными значениями Q, и температурой спекания, которая все еще ниже 1100°С, 950°С или 900°С, путем включения одного или более керамических материалов в композицию, в соответствии с настоящим изобретением, таких как В-эвкриптит, силлиманит, силикат лития и кальция, альбит, борат лития и алюминия, фосфат магния, фосфат алюминия, кордиерит, виллемит, ганит, муллит, волластонит, борат кальция, форстерит, борат алюминия, силикат алюминия и оксид алюминия, которые могут обеспечивать значение K, которое меньше или равно 4, или меньше или равно 6, или меньше или равно 8.

[0030] Диоксид кремния (SiO₂) является очень стабильным оксидным материалом с низкой К. Однако сам по себе диоксид кремния спекается при температурах значительно выше 1100°С и, ввиду этого, диоксид кремния необходимо сочетать с материалом, обжигаемом при более низкой температуре, таким как стеклянная спекающая добавка, для понижения температур спекания до ниже, чем 1100°С, 950°С или 900°С.Фториды, такие как MgF₂ или LiF, могут использоваться в качестве спекающих добавок для понижения температуры спекания ниже 1100°С, 950°С или 900°С.Однако несмотря на то, что фториды могут понижать температуру спекания, было обнаружено, что обожженный диэлектрический материал может не иметь более низкого значения K. Вместо этого, обожженный диэлектрический материал стал хрупким ввиду неконтролируемой пористости. Однако при добавлении стекла и SiO₂ температура спекания была снижена с добавлением LiF, но в образце оставалось избыточное количество пузырьков. Могут использоваться оксиды, которые понижают температуру спекания, например, такие как В₂О₃, ZnO, V₂O₅, TI₂O, ТеО и добавки Н_{3 В}О₃, но они могут не создавать достаточно плотных и стойких диэлектрических структур. Другие добавки, такие как гидраты, бораты (борная кислота), галогениды и сульфиды, могут быть добавлены в небольших количествах.

[0031] Настоящий объект изобретения относится к спеченному диэлектрическому материалу, содержащему, до спекания, часть твердых веществ, содержащую кварцевый порошок при 10-99 вес.%, 10-95 вес.%, 15-90 вес.%, 20-85 вес.%, 30-75 вес.% или 40-65 вес.%; и стеклянный компонент при 1-90 вес.%, 5-90 вес.%, 10-85 вес.%, 15-80 вес.%, 25-70 вес.% или 35-60 вес.%. Стеклянный компонент может содержать стеклянную фритту ВаО-В₂О₃-SiO₂, стеклянную фритту СаО-В₂О₃-SiO₂, стеклянную фритту МgО-В₂О₃-SiO₂, стеклянную фритту SrO-B₂O₃-SiO₂, стеклянную фритту ZnO-B₂O₃-SiO₂, стеклянную фритту B₂O₃-SiO₂, щелочноборосиликатную стеклянную фритту, и стеклянные фритты BaO-SiO₂, CaO-SiO₂, MgO-SiO₂, SrO-SiO₂, ZnO-SiO2, боратную стеклянную фритту, боро-алюмосиликатную стеклянную фритту, щелочноземельную боросиликатную стеклянную фритту, например, вместе с фторидными, хлоридными, бромидными, йодидными добавками. Стеклянный компонент может быть комбинацией двух или более разных стеклянных фритт.

[0032] В части выбора стекол для применений при высоких частотах, ионная и электронная поляризация могут влиять на механизмы потери, т.е. понижать значения Q. Таким образом, данные компоненты поляризации могут быть сведены к минимуму для получения более высоких значений Q. Ионная и электронная поляризации могут быть уменьшены с использованием катионов с более низким весом (например, Li⁺) и путем поддержания низкого содержания щелочных оксидов (в действительности, все остальные ионы оксида модификатора низки) с целью уменьшения количества немостиковых кислородов в стеклянном компоненте, что могло бы привести к большей (анионной) потери поляризации. Однако при использовании боросиликатной стеклянной фритты все щелочные оксиды не могут быть устранены, поскольку некоторые из них необходимы для предотвращения разделения фаз и сохранения точки размягчения стекла при температуре ниже 750°С для поддержания температуры спекания ниже, чем 1100°С, 950°С или 900°С.

[0033] Другим источником потери энергии в материалах, особенно в кристаллах и стекле, является резонанс фононных волн в материале при высокой частоте. Без ограничения какой-либо теорией, считается, что взаимодействие кварцевого порошка (аморфного или кристаллического) со стеклом во время обжига создает когерентность (т.е. минимизацию взаимодействующих поверхностей) между стеклянными фриттами и частицами диоксида кремния, и увеличивает длину волны резонанса, создающего фононные волны, по существу нивелируя наличие фононных волн в области высоких частот от 300 МГц до 300 ГГц. Таким образом, микроструктура диэлектрического материала позволяет диэлектрическому материалу иметь более низкие значения К и более высокие значения Q ввиду отсутствия данных резонансных фононных волн в данной высокочастотной области.

Стеклянный компонент

[0034] Спеченный диэлектрический материал может содержать, перед обжигом, стеклянный компонент при 1-90 или 5-90, или 15-80, или 25-70, или 35-60 или 45-50 вес.%. Стеклянный компонент может содержать компонент щелочного боросиликатного стекла, содержащий, перед обжигом, 50-90 или 60-80, или 65-75 мол. % SiO₂; 0,1-35 или 5-35, или 10-30 или 15-25 мол. % В₂O₃; 0,1-25 или 0,1-10, или 5-15 мол. % Аl₂O3; 0,1-10 или 1-8, или 2-7 мол.% K₂O; 0,1-10 или 1-8, или 2-7 мол. % Na₂O; 0,1-20 или 5-15, или 7,5-12,5 мол. % Li₂O; 0,1-30 или 5-25, или 10-20 мол. % F; при этом общее количество Li₂O+Na₂O+K₂O составляет 0,1-30 или 5-25 или 10-20 мол. % стеклянного компонента. Одним подходящим стеклянным компонентом является EG2790, который является коммерчески доступной стеклянной фриттой от компании «Ferro Corporation». В сочетании с кварцевыми порошками и при спекании при температуре ниже 1100°С, 950°С или 900°С в течение 30 минут или 20-40 минут, спеченный диэлектрический материал может обеспечивать значения K от 3,1 до 3,5 или от 3,3 до 3,8, и более высокие значения Q выше 2000 при 10-20 ГГц.

[0035] В данном конкретном стекле EG2790 существует определенная комбинация Li₂O, Na₂O, K₂O, которая может давать смешанный щелочной эффект, который понижает общее количество немостиковых кислородов. Поскольку в стекле нет существенного количества подвижных щелочных ионов и ионов переходных элементов, потери энергии под воздействием высокого электрического поля в связи с дрейфовым током входящего излучения сводятся к минимуму.

{0036] Необожженная композиция диэлектрика может также содержать одну или более других стеклянных фритт, выбранных из висмутовой стеклянной фритты (Таблица 1) или цинковой стеклянной фритты (Таблица 2), или щелочной стеклянной фритты из силиката титана (Таблица 3), или щелочноземельной стеклянной фритты (Таблицы 4А-4Е), такой как щелочноземельная стеклянная фритта, например фритта из бората силиката магния, с целью оптимизации желаемых свойств без чрезмерного воздействия на значения K и Q.

[0037] Стеклянный компонент может содержать два различных стеклянных компонента (например, две отдельные фритты). В неограничивающем примере стеклянный компонент содержит два стекла, выполненных из магниевого/борного/силикатного стекла и магниевого/алюминиевого/силикатного стекла. В дополнение, могут быть добавлены стекла, содержащие свинец, с целью понижения температуры обжига.

Диоксид кремния

[0038] В соответствии с настоящим объектом изобретения, часть твердых веществ также содержит 10-99 или 10-95, или 20-85, или 30-75, или 40-65, или 50-55 вес.% диоксида кремния, который может находиться в виде порошка и может быть аморфным (например, плавленный кварц) или кристаллическим (например, кварц, кристобалит, тридимит). Они могут быть в форме пустотелых кварцевых сфер, частиц ксерогеля, частиц аэрогеля. Использование различных полиморфов диоксида кремния существенно не изменяет значения K и Q спеченного диэлектрического материала, и такие значения могут поддерживаться между различными используемыми формами диоксида кремния. Использование аморфного или кристаллического диоксида кремния может быть выбрано на основе желаемого коэффициента расширения спеченного диэлектрического материала.

[0039] В соответствии с настоящим объектом изобретения, средний размер частиц кварцевого порошка может составлять<30 мкм; предпочтительно<20 мкм; более предпочтительно,<10 мкм; еще более предпочтительно, 1-5 мкм; и наиболее предпочтительно, 0,5-5 мкм. Средний размер частиц кварцевого порошка может быть выбран в зависимости от способа изготовления диэлектрического компонента или слоя, такого как метод сухого прессования или метод пленочного литья. В одном варианте реализации, в котором диэлектрический компонент выполнен цифровой печатью (например, струйной печатью), наиболее предпочтительный средний размер частиц для кварцевого порошка составляет примерно 0,5-1,0 мкм. Без ограничения какой-либо теорией, считается, что если средний размер частиц кварцевого порошка слишком мал, то кварцевый порошок будет растворяться в стеклянном компоненте до достижения полного спекания, тем самым предотвращая развитие хорошей микроструктуры; тогда как слишком крупный размер частиц кварцевого порошка может вызвать самопроизвольное появление микротрещин вокруг частиц диоксида кремния, что при совмещении трещин может уменьшить прочность диэлектрического материала и иногда вызвать самопроизвольное растрескивание всего диэлектрического компонента.

Органический разбавитель

[0040] В одном варианте реализации композиция диэлектрика используется в применениях НСОК, в которых состав находится в форме пасты. Диэлектрический материал может находиться в других формах, таких как чернила для применений с цифровой печатью или различные вязкие пасты для применения в трафаретной печати, или пленки для пленочного литья.

[0041] Композиция диэлектрика может быть получена путем смешивания органического разбавителя с частью твердых веществ, которая содержит 10-99 вес.% или 10-95 вес.% кварцевого порошка, и 1-90 вес.% или 5-90 вес.% стеклянного компонента, как описано в настоящем документе. Компоненты части твердых веществ (например, стеклянный компонент и кварцевый порошок) обычно используют в виде порошка, имеющего средний размер частиц от около 0,1 до около 10 микрон или от около 0,5 до около 10 микрон, в зависимости от способа нанесения или метода формирования, используемого для получения диэлектрического материала.

[0042] Необожженный диэлектрический материал содержить органическую часть, которая может содержать органический разбавитель или состоять из него. Органический разбавитель может содержать связующее в органическом растворителе или в воде. Выбор связующего, используемого в настоящем описании, не является решающим, и для использования вместе с расворителем подходят обычные вяжущие вещества, такие как этилцеллюлоза, поливинилбутанол и гидроксипропилцеллюлоза, и их комбинации. Органический разбавитель также не является решающим и может быть выбран в соответствии с конкретным способом нанесения (например, печать, пленочное литье, распыление или покрытие) из обычных органических растворителей, таких как бутилкарбитол, ацетон, толуол, этанол, бутиловый эфир диэтиленгликоля; 2,2,4-триметилпентандиолмоноизобутират («Техаnоl®»); альфа-терпинеол; бета-терпинеол; гамма-терпинеол; тридециловый спирт; диэтиленгликоль-этиловый эфир («Carbitol®»), диэтиленгликоль-бутиловый эфир («Butyl Carbitol®») и пропиленгликоль; и их смесей. Продукты, продаваемые под торговой маркой «Texanol®», доступны от компании «Eastman Chemical Сотрапу», Кингспорт, штат Теннесси; продукты, продаваемые под торговыми марками «Dowanol®» и «Carbitol®», доступны от компании «Dow Chemical Со.», Мидлэнд, штат Мичиган.

[0043] На органическую часть диэлектрического материала, в соответствии с изобретением, не накладывается какое-либо конкретное ограничение. В одном варианте реализации диэлектрический материал, в соответствии с изобретением, содержит от примерно 10 вес.% до примерно 40 вес.% органического разбавителя; в другом, от примерно 10 вес.% до примерно 30 вес.%. Зачастую, необожженный диэлектрический материал содержит от 1 до 5 вес.% связующего и от примерно 10 до 50 вес.% органического разбавителя, с компенсатором, представляющим собой часть твердых веществ. В одном варианте реализации необожженный диэлектрический материал, в соответствии с изобретением, содержит от примерно 60 до примерно 90 вес.% части твердых веществ и от примерно 10 вес.% до примерно 40 вес.% органической части. При необходимости, необожженный диэлектрический материал может содержать до примерно 10 вес.% добавок, таких как диспергирующие добавки, пластифицирующие добавки, диэлектрические соединения и изоляционные соединения. Добавки

[0044] Часть твердых веществ может дополнительно содержать добавку, которая модифицирует значение K обожженного диэлектрического материала. К-модифицирующая добавка может содержать кристаллические соединения, содержащие 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% силиката лития и кальция; 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% β-эвкриптита; 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% боратов лития и алюминия; 0,1-50 вес.%, 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 силикатовмагния и алюминия, таких как Мg₂Аl₂О₃ (например, кордиерит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% AlSiO₅ (например, силлиманит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% NaAlSi₃O₈ (например, альбит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% фосфата магния; 0,1-50 вес.%, 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% фосфатов алюминия, таких как AlPO₄; 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% соединения в ряде формул от (Mg,Fe)₂Al₃(Si₅AlO₁₈) до (Fe,Mg)₂Al3(Si₅AlO₁₈) (например, кордиерит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% Zn2SiO₄ (например, виллемит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% алюмосиликатов, таких как 3Al₂O₃2SiO₂ или 2Al₂O₃SiO₂ (например, муллит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% CaSiO₃(например, волластонит); 0,1-30 вес.%, 0,1-20 вес.% или 0,1-10 вес.% бората кальция; 0,1-30 вес.% или 0,1-10 вес.% Mg₂SiO₄ (например, форстерит); 0,1-50 вес.% или 0,1-30 вес.% или 0,1-10 вес.% оксида алюминия; 0,1-30 вес.% или 0,1-10 вес.% пористых или пустотелых частиц стекла; 0,1-50 вес.% или 0,1-30 вес.% или 0,1-20 вес.% алюмоборатов, таких как 9Al₂O₃2B₂O₃ или 2Al₂O₃B₂O₃; 0,1-30 или 0,1-20 вес.% фторидов щелочных металлов; 0,1-30 или 0,1-20 вес.% фторидов щелочноземельных металлов; 0,1-30 или 0,1-20 или 0,1-10 вес.% боратов цинка, таких как ZnОВ₂О₃, 3ZnOB₂O₃, 5ZnO₂B₂О₃; 0,1-30 или 0,1-20 или 0,1-10 вес.% титанатов цинка, таких как 2ZnO₃TiO₂, и их комбинации. Данные добавки могут иметь любую морфологию, включая сферическую морфологию или несферическую морфологию, такую как бруски, ограненные кристаллы ит.д.

[0045] Часть твердых веществ может дополнительно содержать 0,1-50 вес.% добавки, которая модифицирует прочность обжигаемого диэлектрического материала. Добавка, модифицирующая прочность, может содержать диоксид кремния нано-размера («нанокремнезем») или коллоидный диоксид кремния, который отличается от ранее описанного кварцевого порошка в количестве 10-99 вес.%, который имеет размер частиц D50, который составляет не менее 500 нм. Нанокремнезем может находиться в виде порошка и может иметь размер частиц D50 от 5 до 500 нм. Добавка, модифицирующая прочность, может также содержать порошок микроразмера с размером частиц D50, составляющим менее чем 10 мкм. В неограничивающем примере порошок микроразмера имеет размер частиц D50, составляющий 1-2 мкм или 1,5 мкм. Порошок микроразмера может содержать один или более из порошка Аl₂О₃, порошка ZrO₂, порошка ТiO₂, порошка SiC, порошка Si₃N₄, порошка Y₂O₃, порошка МgО или других порошков с высоким модулем упругости и их комбинаций.

[0046] Сферы применения обожженного диэлектрического материала включают использование в таких устройствах, как полосовые фильтры (верхних частот или нижних частот), беспроводные передатчики и приемники для телекоммуникационных систем, в том числе, варианты применения в сотовой связи, модулях усилителей мощности (МУС), модулях сопряжения радиочастот (МСР), WiMAХ2-модулях, модулях сети четвертого поколения с расширенными возможностями (МСЧПРВ), модулях управления передачей (МУП), системах гидроусилителя руля (СГР), системах управления двигателем (СУД), различных сенсорных модулях, радиолокационных модулях, датчиках давления, модулях камеры, настроечных модулях в малогабаритном корпусе, тонкопрофильных модулях для устройств и компонентов, а также тестовых панелях для интегральных схем. Полосовые фильтры содержат две основные части: одна является конденсатором, а другая - индуктором. Материал с низкой К пригоден для проектирования индуктора, но может не подойти для проектирования конденсатора ввиду требования к более активной области для создания достаточного емкостного сопротивления. Материал с высокой К может привести к обратному. Авторы изобретения обнаружили, что материал НСОК с низкой К (4-8)/со средней К (10-100) может быть совместно обожжен и соединен в единый компонент, материалы с низкой K могут быть использованы для создания площади индуктивности, а материал с высокой K может быть использован для создания площади конденсатора с целью оптимизации производительности.

[0047] Диэлектрический материал может быть совместно обожжен, как например, в применениях НСОК, с другими керамическими изделиями, такими как индукторы, конденсаторы, резисторы и проводники. Проводники могут включать в себя проводники L8 НСОК Ag (CN33-498, CN33-493, CN33-495) и проводники А6М НСОК Ag (CN33-398, CN33-407, CN33-393). Композиции Аg-пасты могут быть модифицированы таким образом, чтобы быть совместимыми с диэлектрическим материалом с низкой К.

[0048] Несмотря на то, что предпочтительная проводящая система для диэлектрического материала, в соответствии с настоящим изобретением, основана на серебре, могут использоваться как системы на основе смешанных металлов, таких как, но без ограничения, AgPd, AgAuPt, так и пасты на основе более благородных металлов, таких как Au, AuPt, Pt, AuPtPd, проводники на основе меди, проводники на основе никеля, а также проводники, обжигаемые при низких температурах, такие как проводники на основе алюминия. Эти проводники могут быть совместно обожжены вместе с диэлектрическим материалом или обожжены после диэлектрического материала.

[0049] Настоящий объект изобретения включает в себя различные способы обработки и формирования, включающие сухое прессование и спекание, горячее прессование и спекание, холодное спекание, осаждение методом золь-гель и обжиг, пленочное литье и обжиг, трафаретную печать и обжиг, осаждение экструзией и обжиг, а также цифровую печать и обжиг.Когда частота эксплуатации увеличится с частот в ГГц до частот в ТГц, диэлектрические устройства, такие как антенны, скорее всего, станут уменьшаться в размерах, что будет способствовать формированию все меньших и меньших устройств, например, таких, которые основаны на технологии цифровой печати. Обжиг может представлять собой обычный обжиг в печи, быстрый обжиг, такой как спекание с помощью лазера, или обжиг под воздействием иного электромагнитного излучения.

[0050] Примеры:

[0051] Следующие примеры в таблицах 5А-5 В приведены для иллюстрации предпочтительных аспектов изобретения и не предназначены для ограничения объема изобретения.

[0052] С целью дополнительной оценки различных аспектов и преимуществ настоящего объекта изобретения был проведен ряд исследований для оценки диэлектрических материалов и обожженных диэлектрических устройств, образованных из диэлектрических материалов, в соответствии с настоящим объектом изобретения. В таблице 5А ниже показаны необходимые диапазоны оксидов стеклянного компонента вместе с оксидами стеклянного компонента, присутствующими в Примерах 1 и 2, которые были приготовлены в соответствии с настоящим объектом изобретения.

[0053] В Таблице 5А пример 1 подвергали обжигу при максимальной температуре 900°С в течение 1 часа, а пример 2 подвергали обжигу при максимальной температуре 850°С в течение 1 часа, при этом оба примера содержали 3,5 г стеклянного компонента (или фритты) и 1,5 г аморфного диоксида кремния. Пример 2 дополнительно содержал 0,6 г (около 10 вес.) LiF, тогда как пример 1 не содержал LiF.

[0054] Пример 1 обжигали с целью образования прозрачного диэлектрического слоя, как изображено на фиг., который имел толщину 0,21 мм, плотность в спеченном состоянии 96,4%, коэффициент расширения при 260°С 25,2 (10^-7/°C, тангентальное значение потери 4.07 (10^-3, значение K, составлявшее 3.2 при 10 ГГц, и значение Q, составлявшее 6932, при 10 ГГц. Фактический профиль обжига в примере 1 изображен на фиг.2. РЭМ-изображение примера 1 показано на фиг. 3 и 4.

[0055] Проводили еще одно исследование, в котором расплавленный диоксид кремния из примера 1 заменяли таким же количеством (т.е. 30 вес.%) кварца и обжигали при максимальной температуре 850°С в течение 1 часа. Обожженный диэлектрический материал, содержащий кварц, образовывал прозрачный диэлектрический слой толщиной 0,18 мм, изображенный на фиг.5, с коэффициентом расширения при 260°С, составлявшим 64,4 (10^-7/°С, тангентальным значением потери 3,17 (10^-3, значением K, составлявшим 3,15 при частоте 10 ГГц, и значением Q, составлявшим 8421 при частоте 10 ГГц. Затем обожженный диоксид кремния из примера 1 заменяли таким же количеством (т.е. 30 вес.%) кристобалита и обжигали при максимальной температуре 850°С в течение 1 часа. Обожженный диэлектрический материал, содержащий кристобалит, образовывал прозрачный диэлектрический слой толщиной 0,18 мм, изображенный на фиг.6, с коэффициентом расширения при 260°С, составлявшим 124,5 (10^-/°С, тангентальным значением потери 2,90 (10^-3, значением K, составлявшим 2,90 при 10 ГГц, и значением Q, составлявшим 9412 при частоте 10 ГГц.

[0056] Пример 2 обжигали при 850°С с целью образования прозрачного диэлектрического слоя, как изображено на фиг.7, который имел толщину 0,19 мм и плотность в спеченном состоянии 86,5%, значение Q, составлявшее 2697,8 при 10 ГГц, тангентальное значение потери 1,71 (10^-2 и значение K, составлявшее 3,74 при 10 ГГц. РЭМ-изображения примера 2 показаны на фиг.8 и 9.

[0057] Сравнительный пример был получен путем обжига только стеклянного компонента (EG2790, доступного от компании «Ferro Corporation»), без какого-либо добавления кварцевого порошка. Сравнительный пример подвергали обжигу при 700°С с целью получения прозрачного диэлектрического слоя толщиной 0,16 мм, изображенного на фиг.10, со значением Q, составлявшим 9021,7 при частоте 10 ГГц, тангентальным значением потери 2,91 (10^-3 и значением K, составлявшим 3,14 при 10 ГГц. Несмотря на то, что сравнительный пример имел высокое значение Q и низкое значение K, следует понимать, что высвобождение серебра будет больше в сравнительном примере, чем в примерах 1 и 2 изобретения, что может составлять проблему при совместном обжиге с серебряными проводниками в применениях НСОК, Более того, добавление различного кварцевого порошка в примерах 1 и 2 позволяет регулировать коэффициент теплового расширения диэлектрического материала.

[0058] Помимо возможности корректировки значения КТР с добавлением различных полиморфов диоксида кремния (что само по себе является основной рекомендацией при проектировании диэлектрического материала так, чтобы значение КТР диэлектрического материала соответствовало значению КТР другого материала, который обжигается совместно с диэлектрическим материалом), добавление кварцевого порошка к стеклянному компоненту также может обеспечить возможность А) вариации усадки диэлектрического материала во время спекания; В) регуляции температуры обжига, необходимой для спекания диэлектрического материала, с целью ее соответствия температуре обжига других материалов, обжигаемых совместно с диэлектрическим материалом; С) управления высвобождением серебра посредством диэлектрического материала; D) управления размером пузырьков в обожженном диэлектрическом материале для управлениям разрывающим напряжением (РН) материала; Е) управления уровнем кристаллизации в спеченном диэлектрическом материале; F) увеличения механической прочности спеченного диэлектрического материала.

[0059] В Таблице 5b пример 3 подвергали обжигу при максимальной температуре 850°С в течение 1 часа, а пример 4 подвергали обжигу при максимальной температуре 900°С в течение 1 часа, при этом оба примера содержали 8,8 г примера 1. Пример 3 дополнительно содержал 0,4 г (около 4 вес.%) нанокремнезема и 0,8 г Al₂O₃ (около 8 вес.%), тогда как пример 4 дополнительно содержал 1,2 г (около 12 вес.%) Al₂O₃.

[0060] Как указано выше, повышение механической прочности спеченного диэлектрического материала может быть важным для жестких подложек. Примеры 3 и 4 позволяют добавлять различные упрочняющие добавки, которые по сравнению с примером 1 демонстрируют улучшение прочности. Пример 1 имеет значение предела прочности 95,2 МПа, тогда как примеры 3 и 4 имеют значения 135,8 МПа и 128,6 МПа, соответственно. Это улучшение предела прочности может быть связано с уменьшением пор в образцах, а также с добавлением наполнителей с высоким модулем упругости.

[0061] Настоящий объект изобретения может быть дополнительно разъяснен в следующих пунктах:

[0062] Пункт 1 - Спеченный диэлектрический материал, содержащий, перед спеканием, часть твердых веществ, содержащую 10-99 вес.% кварцевого порошка, имеющего размер частиц D-50, составляющий 0,5-30 мкм, и 1-90 вес.% стеклянного компонента, содержащего 50-90 мол. % SiO₂,

5-35 мол. % В₂О₃,

0,1-10 мол. % Аl₂О₃,

0,1-10 мол. % K₂O,

0,1-10 мол. % Na₂O,

0,1-20 мол. % Li₂O,

0,1-30 мол. % F и

общее количество Li₂O+Na₂O+K₂O составляет 0,1-30 мол. % стеклянного компонента,

причем спеченный диэлектрический материал имеет диэлектрическую постоянную менее 8 и значение Q более 500 при спекании при температуре ниже 1100°С.

[0063] Пункт 2: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит одно кристаллическое соединение, выбранное из группы, состоящей из

0,1-10 вес.% силиката лития и кальция,

0,1-10 вес.% β-эвкриптита,

0,1-10 вес.% бората лития и алюминия,

0,1-10 вес.% силлиманита,

0,1-10 вес.% альбита,

0,1-10 вес.% фосфата магния,

0,1-10 вес.% фосфата алюминия,

0,1-10 вес.% кордиерита,

0,1-10 вес.% виллемита,

0,1-10 вес.% муллита,

0,1-10 вес.% волластонита,

0,1-10 вес.% бората кальция,

0,1-10 вес.% форстерита,

0,1-10 вес.% оксида алюминия,

0,1-10 вес.пористых или пустотелых стеклянных частиц,

0,1-20 вес.% фторидов щелочных металлов,

0.1-20 вес.% боратов алюминия,

0,1-20 вес.% боросиликатов магния,

0,1-20 вес.% алюмосиликатов магния,

0.1-20 вес.% фторидов щелочноземельных металлов,

0,1-20 вес.% боратов цинка,

0,1-20 вес.% титанатов цинка и

их комбинаций.

[0064] Пункт 3: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором кварцевый порошок представляет собой аморфный кварцевый порошок.

[0065] Пункт 4: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором кварцевый порошок представляет собой кристаллический кварцевый порошок, выбранный из группы, состоящей из кварца, кристобалита, тридимита и их комбинаций.

[0066] Пункт 5: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит 5-50 вес.% одного, выбранного из группы, состоящей из:

стеклянной фритты на основе оксида Bi-B-Si, содержащей:

5-85 мол. % В₂O₃,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O,

0,1-55 мол. % ZnO и

0,1-20 мол. % ТiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты на основе оксида цинка, содержащей:

5-65 мол. % ZnO,

10-65 мол. % SiO₂ и

5-55 мол. % В₂O₃,

щелочно-титановой силикатной стеклянной фритты, содержащей:

5-55 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O,

2-26 мол. % TiO₂+ZrO₂,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0.1-30 мол. % TeO₂+V₂O₅+Sb₂O₅+Р₂0₅,

0.1-20 мол. % MgO+CaO+BaO+SrO и

0,1-20 мол. % F,

стеклянной фритты из силиката щелочноземельных металлов, содержащей:

15-75 мол. % BaO+CaO+SrO+MgO,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. %ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката магния, содержащей:

15-75 мол. % МgО,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката кальция, содержащей:

15-75 мол. % СаО,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол.% TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката стронция, содержащей:

15-75 мол. % SrO,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката бария, содержащей:

15-75 мол. % ВаО,

5-75 мол. %) В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

и их комбинаций.

[0067] Пункт 6: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит 0,1-10 вес.% частиц, имеющих средний размер от 10 до 30 мкм, и в котором частицы выбраны из группы, состоящей из пустотелых сфер диоксида кремния, пустотелых частиц стекла, частиц пористого силикатного стекла, частиц пористого органосиликатного стекла, частиц ксерогеля, частиц аэрогеля, частиц слюды, частиц цеолита и их комбинаций.

[0068] Пункт 7: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, в котором часть твердых веществ содержит 10-95 вес.% кварцевого порошка и 5-90 вес.% стеклянного компонента.

[0069] Пункт 8: Спеченный диэлектрический материал по пункту 1, дополнительно содержащий 0,1-30 вес.% добавки, содержащей одно или более из:

a) диоксида кремния нано-размера, имеющего размер частиц D50, составляющий 5-500 нм,

b) порошка А1₂O₃,

c) порошка ZrO₂,

d) порошка ТO₂,

e) порошка SiC,

f) порошка Si₃N₄,

g) порошка Y₂O₃ или

h) порошка МgО.

[0070] Пункт 9: Электронный компонент, содержащий спеченный диэлектрический материал по пункту 1.

[0071] Пункт 10: Способ формирования диэлектрического компонента, включающий:

обеспечение композиции диэлектрика, содержащей часть твердых веществ, содержащую 10-99 вес.% кварцевого порошка, имеющую размер частиц D-50, составляющий 0,5-30 мкм, и 1-90 вес.% стеклянного компонента, содержащего

50-90 мол. % SiO₂,

0,1-35 мол. % В₂O₃,

0,1-25 мол. % Аl₂O₃,

0,1-10 мол. % K₂O,

0,1-10 мол. % Na₂O,

0,1-20 мол. % Li₂O,

0,1-30 мол. % F и

причем Li₂O+Na₂O+K₂O составляет 0,1-30 мол. % стеклянного компонента,

и

нагревание композиции диэлектрика до 700-1100°С в течение 10-10000 минут для спекания части твердых веществ и, таким образом, образования диэлектрического компонента;

причем диэлектрический компонент имеет диэлектрическую постоянную меньше 8 и значение Q больше 500.

[0072] Пункт 11: Способ по пункту 10, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит одно кристаллическое соединение, выбранное из группы, состоящей из:

0,1-10 вес.% силиката лития и кальция,

0,1-10 вес.% В-эвкриптита,

0,1-10 вес.% бората лития и алюминия,

0,1-10 вес.% силлиманита,

0,1-10 вес.% альбита,

0,1-10 вес.% фосфата магния,

0,1-10 вес.% фосфата алюминия,

0,1-10 вес.% кордиерита,

0,1-10 вес.%) виллемита,

0,1-10 вес.% муллита,

0,1-10 вес.% волластонита,

0,1-10 вес.% бората кальция,

0,1-10 вес.% форстерита,

0,1-10 вес.% оксида алюминия,

0,1-10 вес.% пористых или пустотелых стеклянных частиц,

0,1-20 вес.% фторидов щелочных металлов,

0,1-30 вес.% боратов алюминия,

0,1-20 вес.% боросиликатов магния,

0,1-20 вес.% алюмосиликатов магния,

0,1-20 вес.% фторидов щелочноземельных металлов,

0,1-20 вес.% боратов цинка,

0,1-20 вес.% титанатов цинка и

их комбинаций.

[0073] Пункт 12: Способ по пункту 10, в котором кварцевый порошок представляет собой аморфный кварцевый порошок.

[0074] Пункт 13: Способ по пункту 10, в котором кварцевый порошок представляет собой кристаллический кварцевый порошок, выбранный из группы, состоящей из кварца, кристобалита, тридимита и их комбинаций.

[0075] Пункт 14: Способ по пункту 10, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит 5-50 вес.% одного, выбранного из группы, состоящей из: стеклянной фритты на основе оксида Bi-B-Si, содержащей:

5-85 мол. % В₂O₃,

5-75 мол. % В₂О₃+SiO₂,

0,1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O,

0,1-55 мол. % ZnO и

0,1-20 мол. % ТiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты на основе оксида цинка, содержащей:

5-65 мол. %) ZnO,

10-65 мол. % SiO₂ и

5-55 мол. % В₂O₃,

щелочно-титановой силикатной стеклянной фритты, содержащей:

5 -55 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O,

2-26 мол. % TiO₂+ZrO₂,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0.1-30 мол. % TeO₂+V₂O₅+Sb₂O₅+Р₂O₅,

0.1-20 мол. %) MgO+CaO+BaO+SrO и

0,1-20 мол. % F,

стеклянной фритты из силиката щелочноземельного металла, содержащей:

15-75 мол.% BaO+CaO+SrO+MgO,

5-75 мол. %) В₂О₃+SiO₂,

0,1-55 мол. %ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката магния, содержащей:

15-75 мол. % МgО,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката кальция, содержащей:

15-75 мол. % СаО,

5-75 мол. %) В₂О₃+SiO₂, 0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. %) TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката стронция, содержащей:

15-75 мол. % SrO,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и

0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂,

стеклянной фритты из силиката бария, содержащей:

15-75 мол. % ВаО,

5-75 мол. % В₂O₃+SiO₂,

0,1-55 мол. % ZnO,

0.1-40 мол. % Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O+Rb₂O и 0,1-20 мол. % TiO₂+ZrO₂, и

их комбинаций.

[0076] Пункт 15: Способ по пункту 10, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит 0,1-10 вес. % частиц, имеющих средний размер от 10 нм до 30 мкм, и в котором частицы выбирают из группы, состоящей из пустотелых сфер диоксида кремния, пустотелых частиц стекла, частиц пористого силикатного стекла, частиц пористого органосиликатного стекла, частиц ксерогеля, частиц аэрогеля, частиц слюды, частиц цеолита и их комбинаций.

[0077] Пункт 16: Способ по пункту 10, в котором часть твердых веществ содержит 10-95 вес. % кварцевого порошка и 5-90 вес % стеклянного компонента.

[0078] Пункт 17: Способ по пункту 10, в котором часть твердых веществ дополнительно содержит 0,1-30 вес.% добавки, содержащей одно или более из:

a) диоксида кремния нано-размера, имеющего размер частиц D50, составляющий

5-500 нм,

b) порошка Аl₂O₃,

c) порошка ZrO₂,

d) порошка ТiO₂,

e) порошка SiC,

f) порошка Si₃N₄,

g) порошка Y₂O₃или

h) порошка MgO.

[0079] Многие другие преимущества станут ясны из дальнейшего применения и развития данной технологии.

[0080] Полное содержание всех патентов, заявок, стандартов и статей, упомянутых в настоящем документе, включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0081] Настоящий объект изобретения включает в себя все функциональные комбинации признаков и аспектов, описанных в настоящем документе. Таким образом, например, если один признак описан в связи с вариантом реализации, а другой признак описан в связи с другим вариантом реализации, следует понимать, что настоящий объект изобретения включает в себя варианты реализации, имеющие комбинацию этих признаков.

[0082] Как описано в настоящем документе выше, настоящий объект изобретения решает множество проблем, связанных с предыдущими стратегиями, системами и/или устройствами. Однако следует понимать, что различные изменения особенностей, материалов и схем расположения компонентов, которые были описаны и проиллюстрированы в настоящем документе с целью разъяснения сущности настоящего объекта изобретения, могут быть выполнены специалистами в данной области техники без отклонения от принципа и объема заявленного объекта изобретения, как указано в прилагаемой формуле изобретения.

Реферат

Представлен спеченный диэлектрический материал, способ формирования спеченного диэлектрического материала, а также электронный компонент, содержащий спеченный диэлектрический материал. Диэлектрический материал содержит, перед обжигом, часть твердых веществ, содержащую 10-95 вес. % или 10-99 вес. % аморфного или кристаллического кварцевого порошка, и 5-90 вес. % или 1-90 вес. % стеклянного компонента. Стеклянный компонент содержит 50-90 мол. % SiO, 5-35 мол. % или 0,1-35 мол. % ВO, 0,1-10 мол. % или 0,1-25 мол. % AlO, 0,1-10 мол. % KO, 0,1-10 мол. % NaO, 0,1-20 мол. % LiO, 0,1-30 мол. % F. Сумма LiO+NaO+K0 составляет 0,1-30 мол. % стеклянного компонента. Материал может быть обожжен при температуре ниже 1100°С. Техническим результатом изобретения является получение материала с диэлектрической постоянной К менее 8 и добротностью Q больше 500 при 10-30 ГГц. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил., 5 табл., 4 пр.

Формула