[发明专利]一种中介微波介质材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微波介质材料制造技术领域，特别涉及一种谐振频率温度系数低的中介微波介质陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着移动通讯技术的迅猛发展，终端设备的便携化、微型化、高稳定、片式化及低成本化已成为发展的必然趋势。其中，包括多层滤波器、双工器、片式天线等在内的多层片式微波器件得到了很快的发展。多层微波器件发展的同时也对微波介质陶瓷提出了更高的要求。

微波元器件的多层片式化，需要微波介质材料能与高电导率的金属电极如Pt，Pd，Au，Cu，Ag等共烧。从经济性以及环境保护角度考虑，一般采用高电导的Cu或Ag作为电极材料，因此，研究能够与Cu或Ag共烧的低烧结温度的微波介质陶瓷(LTCC)材料具有广阔的应用前景。作为LTCC材料，除了要求合适的介电常数(ε_r)、低的介电损耗(高Q*f值)以及小的谐振频率温度系数(τ_f)，还要求低的烧结温度。作为内电极的Cu和Ag电极的烧结温度低，分别为1064℃和961℃，但是，目前大多数商用微波介质陶瓷的烧结温度均在1200～1500℃，如Ba₂Ti₉O₂₀、BaTi₄O₉、(Pb，Ca)(Zr，Ti)O₃以及(Zn，Sn)TiO₄，它们的烧结温度远远高于Cu、Ag的熔点。因此，为了实现与贱金属共烧，必须寻找低温烧结材料或对现有的材料进行低温化。

目前，国内外科技人员为了降低微波介质陶瓷材料的烧结温度，采用的传统的方法一般有三种：掺加适当的氧化物或者低熔点玻璃等烧结助剂、采用化学合成方法和使用超细粉体作起始原料以及选用固有烧结温度低的材料体系。尽管氧化物或低熔点玻璃的掺加可以有效的降低陶瓷材料的烧结温度，但由于对目前许多的微波介质材料需掺加的量比较大，从而对材料的微波介电性能带来了不同程度的损坏；采用化学合成方法则需要复杂的处理步骤，会大大增加微波介质元器件的生产成本和时间。而且很多采用上述方法制得的微波介质陶瓷，其烧结温度仍旧偏高。总的来说，由于研究的材料体系本身特性的原因，存在烧结温度高，材料低温化与介电性能不能兼备，介电常数范围窄，难与高电导的Ag或Cu等贱金属或其合金进行共烧等问题，真正产业化的低温烧结微波介质陶瓷材料很少，阻碍了多层微波器件的发展。因此对本身具有低烧结温度的微波介质材料体系进行低温烧结研究引起了国内外研究人员的极大兴趣。

最近，具有中等介电常数的Li₂O-Nb₂O₅-TiO₂体系陶瓷材料，由于其具有低的固有烧结温度(～1100℃)以及良好的微波介电性能(ε_r：30～65，Q*f：5000～8000GHz)，引起了研究者的广泛关注，但是目前对该材料的低温烧结研究还不多。少量文献报道的低温烧结的材料性能还不是很好，尤其是低温烧结后，材料的谐振频率温度系数τ_f值得以恶化，还很难满足实际应用的需求。文献中报道，在具有中等介电常数的5Li₂O-Nb₂O₅-5TiO₂材料中，单一地外掺B₂O₃或V₂O₅，材料烧结温度降低，但降低烧结温度后，材料的微波介电介电性能，尤其谐振频率温度系数恶化，高达40ppm/℃以上。由此可见，对中介LNT材料的低温烧结还很不完善，还需要进一步摸索合适的方法来改善其工艺与性能，尤其改善材料的谐振频率温度系数。

发明内容

本发明的第一个目的是从微波器件的多层片式化对微波介质陶瓷材料的要求出发，提供一种具有近零谐振频率温度系数的中介微波介质陶瓷材料，本发明选择固有烧结温度低的Li₂O-Nb₂O₅-TiO₂体系，并对其进行掺杂ZnO与B₂O₃的低温烧结研究，其烧结温度为840～940℃。

本发明的第二个目的是提供上述材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述材料在多层片式微波器件中的应用。