高品质低介微波介质材料的制备及其应用

摘要

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics LTCC)技术已成为实现各类电子元器件制造、集成及其封装的主流技术，低介电常数微波介质陶瓷由于其介电常数低、品质因数高、温度系数近似为零等优点被广泛应用于LTCC基板材料中，成为微波介质陶瓷研究的热点。
　　本论文中选取CaO-SiO2-B2O3作为研究体系，采用多步固相法制备低介电常数微波介质陶瓷材料，分别研究了Ca/Si比和B2O3的改变对材料晶相组成、微观形貌和介电性能的影响。在最佳Ca/Si比和适当B2O3含量的基础上，添加适量陶瓷助溶剂BBAS粉，以降低陶瓷粉体的烧结温度，最终获得可用于制备LTCC基板材料的陶瓷粉料。采用X-射线衍射（XRD）法、扫描电子显微镜（SEM）、阿基米德原理和Zeta电位分析对陶瓷粉料的物相、表面形貌、密度和Zeta电位进行表征。精选CBS陶瓷粉体后通过不断调配浆料配比和工艺参数，采用流延工艺制备出可应用的LTCC生瓷带，在此基础上制备LC谐振天线，并对其谐振频率进行测试。
　　研究结果表明，当CaO:SiO2:B2O3=21:13:16（质量比），煅烧温度为900℃时，所得样品C中除了有主晶相β-CaSiO3和Ca2B2O4外，含有少量α-SiO2相。由该粉体制备的陶瓷样品中，晶粒以板条状为主，晶粒间气孔较少，结构比较致密，具有较大的密度。此时该样品具有最佳的介电性能，其介电常数为6.3、品质因数为2.4×104 GHz(f=11.7 GHz)、温度系数为-67ppm/℃，热导率为3.6W/m·K。
　　在样品C的配方基础上，添加适量陶瓷助溶剂BBAS粉，以降低该组分的烧结温度。研究发现，添加陶瓷助溶剂BBAS粉后，晶体的结构没有明显改变，晶粒的形貌仍以板条状的为主，一些小的粒状晶粒分散在其中。当烧结温度降低至920℃时，所得陶瓷样品C6的晶粒粒径介于1.0-2.0μm之间，并且陶瓷颗粒在水溶液中显负电性，颗粒之间的稳定性较差。该样品具有较好的介电性能，其介电常数为6.3，品质因数为1.1×104GHz(f=12.7GHz)，温度系数为-84ppm/℃。
　　以所得陶瓷粉料C6为填充物，有机物（乙酸乙酯和酒精的混合物）作为溶剂，通过调节粘结剂PVB和增塑剂的含量，制备不同配比的流延浆料。采用流延法制备LTCC生瓷带，再经丝网印刷、打孔、叠层、温水等静压、排胶、共烧等LTCC工艺后，通过CAD绘图，制备可用于测试应变的LC谐振天线，并采用接触法和非接触法测试其共振频率。结果表明，所制备的天线的共振频率约为f=155MHz，与设计目标f=120MHz接近。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2 LTCC技术的发展概况及其特点

1.3 LTCC微波介质材料的特点

1.4低介电LTCC基板材料的概况

1.5课题的提出与主要内容

第二章 材料的制备、表征及其分析方法

2.1实验试剂及其仪器

2.2实验过程

2.3材料的测试

第三章 CBS陶瓷粉体的制备及其性能

3.1引言

3.2样品的制备

3.3结果与讨论

3.4助烧剂BBAS对烧结温度的调控

3.5本章小结

第四章 CBS陶瓷生瓷膜的制备及其应用

4.1流延工艺简介

4.2生瓷带浆料的制备过程

4.3流延生瓷带的制备

4.4生瓷带的应用-谐振天线的设计和制备

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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