LTCC低介高频微波介质材料

摘要

LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)技术是目前实现各种微波介质陶瓷元器件微型化、复合化、片式化、模块化的最佳途径.为满足LTCC工艺和微波元器件高频化的要求,微波介质陶瓷正在朝高频、低温烧结等方向发展.CaSiO<,3>体系陶瓷是一种良好的低介高频微波介质材料,但是其烧结温度高,难以在1000℃以下与Ag、Cu等低熔点电极材料共烧.目前国内外报道的对该体系低温烧结的研究均为微晶玻璃制造工艺,且制备的材料介电损耗大.该文以CaSiO<,3>体系为研究对象,首先对CaSiO<,3>体系进行改性,并首次采用Li<,2>O和Bi<,2>O<,3>作为烧结助剂,降低体系烧结温度,在此基础上,采用CaTiO<,3>调节陶瓷的频率温度系数,制备出微波介电性能优良的具有工业应用价值的CaSiO<,3>系LTCC低介高频微波介质陶瓷.(一)协调CaSiO<,3>微波介质性能.该文以Mg<'2+>和Zn<'2+>置换Ca<'2+>,对CaSiO<,3>基体材料进行改性.研究表明:Mg<'2+>部分取代Ca<'2+>所得的陶瓷样品比Zn<'2+>部分取代Ca<'2+>所得陶瓷样品的Q·f值高1倍,其中组成为(Ca<,0.7>Mg<,0.3>)SiO<,3>的陶瓷,在1280℃烧结,微波介电性能:￡r=7.20,Q·f=20978GHz(8GHz),是进行低温烧结研究的最佳基体材料.(二)复合添加Li<,2>O、Bi<,2>O<,3>助剂协同降低(Ca<,0.7>Mg<,0.3>)SiO<,3>烧结温度,并协调介电性能.研究表明:添加Li<,2>O、Bi<,2>O<,3>助剂,促使(Ca<,0.7>Mg<,0.3>)SiO<,3>陶瓷在低温下合成介电特性优良的CaMgSi<,2>O<,6>、CaSiO<,3>相;添加1wt％Li<,2>O+6wt％Bi<,2>O<,3>,致密化温度降至920℃,其介电性能:￡<,r>=7.61,Q·f>15000GHz(8GHz),频率温度系数偏大(τf=-41ppm/°C).(三)优化低温烧结微波介质陶瓷介电性能.采用CaTiO<,3>调节低温烧结(Ca<,0.7>Mg<,0.3>)SiO<,3>陶瓷τ<,f>,结果表明:(Ca<,0.7>Mg<,0.3>)SiO<,3>陶瓷τ<,f>随CaTiO<,3>添加量增加向正频率温度系数移动.当添加量为14wt％时,在900°C烧结,微波介电性能:￡<,r>=9.42,Q·f>11000GHz(8GHz),τ<,f>=+3.5 ppm/°C.该文研究材料的技术指标处于国内领先,填补了国内低介高频低温烧结微波介质陶瓷的空白.材料经过适应性批量生产研究,满足多层片式器件的要求,可用于制备多层片式天线、平衡-不平衡转换器、低通滤波器等小型微波频率器件.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1引言

§1.2 LTCC技术概述

§1.2.1 LTCC技术的特点及应用

§1.2.2 LTCC技术的工艺过程

§1.2.3 LTCC技术对微波介质陶瓷材料的要求

§1.3 LTCC微波介质材料

§1.3.1微波介质陶瓷的发展

§1.3.2目前主要LTCC材料系统

§1.3.3微波介质陶瓷研究存在问题与发展趋势

§1.4微波介质陶瓷的低温烧结

§1.5提出课题

第二章实验方法

§2.1原料

§2.2实验仪器

§2.3样品制备

§2.3.1 CMS、CZS基体陶瓷样品的制备

§2.3.2低温烧结陶瓷样品的制备

§2.3.3 CaTiO3的制备

§2.4样品测试

§2.4.1测量密度

§2.4.2 X射线衍射分析(XRD)

§2.4.3扫描电镜分析(SEM)

§2.4.4微波介电性能测试

第三章CaSiO3基体材料改性的研究

§3.1研究背景与目的

§3.2实验过程与方法

§3.3实验结果与讨论

§3.3.1 (Ca1-xMgx)SiO3系统

§3.3.2(Ca1-yZn y)SiO3系统

§3.4小结

第四章(Ca0.3Mg0.7)SiO3陶瓷的低温烧结

§4.1研究背景与目的

§4.2实验过程与方法

§4.3实验结果与讨论

§4.3.1烧结特性

§4.3.2相组成与显微结构分析

§4.3.3介电性能

§4.4小结

第五章(Ca0.3Mg0.7)SiO3陶瓷频率温度系数的调整

§5.1研究背景与目的

§5.2实验过程与方法

§5.3实验结果与讨论

§5.3.1烧结特性

§5.3.2相组成

§5.3.3介电性能

§5.3.4(Ca0.3Mg0.7)SiO3陶瓷的应用

§5.4小结

第六章结论

参考文献

致谢