[发明专利]一种微波介质陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，具体涉及微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

近年来，移动通讯、卫星通信、全球卫星定位、蓝牙、无线局域网等现代通信技术得到了快速发展。这些通信装置中使用的微波电路一般由谐振器、滤波器、振荡器、衰减器、介质天线、微波集成电路基片等元件组成，微波介质陶瓷是制备相应先进电子元器件的关键基础材料。例如，随着移动通讯与卫星通信技术的迅速发展，传统的金属腔谐振器已经不能满足应用需求，市场对应用于介质谐振器、介质滤波器等新型微波元器件的微波介质陶瓷的需求日益旺盛。此外，高频化、高稳定及低成本化已经成为目前先进电子元器件的重要特征。

材料是器件的基础，随着微波介质器件的发展，相应的微波介质材料的发展要求为：介电常数系列化(3～150)，较低的频率温度系数，超低损耗或超高品质因素Q值；同时在应用时往往要求介电常数稳定。介电常数和品质因素Q值是微波介质材料重要的参数，在其它条件相同的情况下，采用Q值更高的材料制作微波器件将明显改变其插入损耗表现，可以认为微波材料的Q值是衡量微波材料优劣的重要指标，因此，研制微波频率下具有低损耗的介质材料具有现实意义和实际应用价值。国内的厂家在技术水平、产品品种和生产规模上与国外相比有较大差距。

当前已有的Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃或Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃等复合钙钛矿结构微波陶瓷具有极低的损耗，已有多人的研究表明含Ta陶瓷的微波介电性能优异，其Q×f可以达到180000GHz甚至以上。但是其存在烧结温度高、品质因素随制备条件变化剧烈、合成困难等具体问题，同时氧化钽的价格一直维持在五千元每公斤的高价，诸多问题都限制了含Ta微波介质陶瓷的应用，使其难以实用化。除此之外，还要求材料的物理、化学稳定性高，机械强度大，热传导率大，热扩散性好，热膨胀系数小，表面光洁，局部缺陷尽可能少等。

钛酸镁陶瓷是一种重要的微波介质材料，而且其原料丰富成本低廉，因而日益受到人们的青睐，目前已经成为应用最广的微波介质陶瓷材料之一，可以用它制作热补偿电容器、多层陶瓷电容器、介质滤波器以及介质谐振器等。

由于钛酸镁材料烧结温度高(需1400℃以上温度烧结)，烧结温度范围窄，使其批量生产受到较大的限制。在MgTiO₃瓷中分别加入Bi₂O₃-TiO₂，Bi₂O₃-TiO₂和HF，可以制备出能与铜电极共烧的介质陶瓷，但其品质因数较低。Bi₂O₃-V₂O₅二元助剂和CuO-Bi₂O₃-V₂O₅三元助剂加入可以使MgTiO₃陶瓷实现低温烧结，但对该两种助剂所得的LTCC材料流延工艺发现，大量游离的V₂O₅添加，加入黏合剂后形成团聚体，无法流延成型。ZnO-B₂O₃-SiO₂玻璃也能使MgTiO₃陶瓷实现致密烧结，但因大量玻璃的引入，恶化了介电性能，且多种物质的相互反应造成陶瓷相组成异常复杂，难以控制。而在MgTiO₃体系中添加Li₂O-B₂O₃-SiO₂玻璃，虽能降低MgTiO₃的烧结温度，但Li玻璃的加入使MgTiO₃分解成为MgTi₂O₅，严重恶化了MgTiO₃陶瓷的微波特性。