基于玻璃掺杂的ZMT介质陶瓷性能及滤波器的设计与研究

摘要

由于无线通信系统和微波产品的高速发展，使得体积小，重量轻和多功能的电子元器件受到了广泛的关注。LTCC技术能够很好的满足电子器件小型化、高密度、多功能、高可靠性的要求。为了实现微波器件小型化的同时保证其具有良好的性能，开发新型微波介质陶瓷材料显得尤为重要。
　　本文首先研究了ZMT介质陶瓷材料在低温烧结时的微波介电性能，通过添加低熔点玻璃BBSZ、BBZ、CBS、LBSCA作为助烧剂来降低陶瓷的烧结温度。通过分析陶瓷的密度、物相组成、微观形貌和微波介电性能来判断不同助烧剂在烧结过程中对陶瓷性能的影响。预烧料在850℃烧结2h，掺杂玻璃后分别在900℃、925℃、950℃烧结3h。通过实验结果对比发现，掺杂1wt％的LBSCA玻璃在900℃烧结时陶瓷可以获得最佳微波介电性能：εr=21.6，Q×f=62000GHz，τf=-60ppm/℃。其次，为了调节ZMT介质陶瓷材料的TCF值到零附近，本文在ZMT-1wt%LBSCA介质陶瓷材料的基础上分别复合了两种正温度系数材料 TiO2和 CaTiO3。研究发现，TiO2的添加在调节TCF值的同时会导致陶瓷材料的Q×f值的急剧下降，当掺杂量为10wt%时可以得到最佳微波介电性能：Q×f=12100GHz，εr=20.6，τf=-5.6ppm/℃。当掺杂CaTiO3来调节TCF值时，陶瓷材料的Q×f值会大幅下降，且幅度比掺TiO2时大很多，当掺杂5wt%的CaTiO3时可以获得的最佳微波介电性能为：Q×f=5290GHz，εr=17.2，τf=1.4ppm/℃。
　　最后以掺杂1wt%的LBSCA玻璃助烧剂，在900℃烧结的ZMT陶瓷为基板材料，设计出了一款LTCC带通滤波器。研制出的滤波器具有优异的性能：中心频率f0=2.8GHz，带宽（BW）210MHz，带内插损（S21）小于2.8dB，回波损耗（S11）大于15dB，带外100M处的抑制大于20dB，研制的滤波器完全满足项目指标的要求。

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第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 微波介质陶瓷的介电性能

1.3 微波介质陶瓷的分类

1.4 微波介质陶瓷材料的应用

1.5 本论文的选题依据与研究内容

第二章 实验流程及样品的测试

2.1 样品的制备

2.2 样品的测试

第三章 ZMT陶瓷低温烧结特性研究

3.1 CBS玻璃掺杂对ZMT陶瓷低温烧结特性的影响

3.2 BBSZ玻璃掺杂对ZMT陶瓷低温烧结特性的影响

3.3 BBZ玻璃掺杂对ZMT陶瓷低温烧结特性的影响

3.4 LBSCA玻璃掺杂对ZMT陶瓷低温烧结特性的影响

3.5 本章小结

第四章 ZMT陶瓷谐振频率温度系数的调节

4.1 TiO2对ZMT陶瓷TCF值的调节

4.2 CaTiO3对ZMT陶瓷TCF值的调节

4.2 本章小结

第五章 LTCC滤波器的设计与研究

5.1滤波器的基本概念

5.2 LTCC滤波器的仿真

5.3 本章小结

第六章 结 论

致谢

参考文献

硕士期间所取得的研究成果