[发明专利]一种微波介质用陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种微波介质用陶瓷材料及其制备方法，本发明将复合氧化物Li_1.6Zn_1.6Sn_2.8O₈作为微波介质陶瓷用材料，该种陶瓷的介电性能优异，相对介电常数为9.83～11.24，Q×f为45400～59800GHz，谐振频率温度系数为‑6.87～‑9.17ppm/℃。该种陶瓷作为低介微波陶瓷，其τ_f值近零并且Q×f较高，无需进一步调节τ_f值便可满足微波线路对其温度稳定性的要求。该种陶瓷经固相反应法制备，工艺简单，烧结温度低于1150℃，易于进一步降低烧结温度以用于LTCC技术。本发明微波介质陶瓷材料的原料来源丰富、成本低廉，有利于工业化生产，可作为电子线路基板、介质谐振器、滤波器、高频卫星微波器件基板与微带线的制造材料使用，在电子线路、微波移动通信、卫星通信、雷达系统领域上具有重要应用前景及经济价值。

技术领域

本发明具体涉及一种微波介质用陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷，是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料。按照介电常数的大小，微波介质陶瓷分为低介微波介质陶瓷、中介微波介质陶瓷和高介微波介质陶瓷。近年来，随着移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)、蓝牙技术以及无线局域网(WLAN)等现代通信技术的飞速发展，微波技术也向着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展。这些领域除了要求陶瓷具有较低的介电损耗、低的谐振频率温度系数外，还要求陶瓷具有较小的介电常数，因为随着通信设备运行频率的不断提高，会使得设备系统信号延迟时间也随之增加，然而介电常数的减小能够有效缩短信号延迟时间，因此各国的科研工作者相当重视相对介电常数(ε_r)小于20，具有高品质因数(Q×f)与近零谐振频率温度系数(τ_f)的低介电常数微波介质陶瓷材料的研究。

传统的低介电常数陶瓷体系主要是由玻璃-陶瓷(微晶玻璃)、玻璃+陶瓷(多相陶瓷)等组成。玻璃陶瓷材料虽然能在较低温度下烧结，但由于大量低熔点玻璃物质的引入，增加了材料的介质损耗，很难在高频下使用。为适应电子元器件向高频、高速方向发展的需要，近年来有关低介电常数陶瓷材料体系的报道层出不穷，典型的包括：Al₂O₃、Y₂BaCuO₅、Mg₂SiO₄、Zn₂SiO₄，Mg₂TiO₄，Zn₂SnO₄等微波介质陶瓷，然而这些材料烧结温度较高，一般高于1300℃，难以满足应用需求，因此研制无玻璃相的低烧微波介质材料成为了探索开发低介电常数陶瓷体系道路的重要方向。锡酸锌(Zn₂SnO₄)陶瓷这种复合氧化物作为低介微波介质陶瓷，其相对介电常数为9.20～10.20，Q×f为12700～39000GHz，谐振频率温度系数约为--84ppm/℃，较大的谐振频率温度系数难以满足实际需要。

众所周知，在特定的使用频率下，微波介质陶瓷的介电常数取决于谐振器件的体积尺寸，品质因数决定陶瓷器件的选频性能，谐振频率温度系数则决定陶瓷器件的工作稳定性、可靠性，谐振频率温度稳定器对于微波介质陶瓷的应用具有重要意义。理论上要求微波元件的谐振频率温度系数尽量等于零，然而在实际中，通常微波线路有一些低的本征谐振频率温度系数，所以电路中微波元件要去补偿这些固有的漂移，因此微波元件的谐振频率温度系数并不是零，而是一些低的有限的值(≦±10)。而相对介电常数(ε_r)、高品质因数(Q×f)和谐振频率温度系数(τ_f)三者之间也存在相互制约的关系。通常情况下，高相对介电常数和较高品质因数难以兼顾平衡，但可以根据实际使用要求侧重选择不同微波介质陶瓷材料体系进行调节，而学者最为关心的近零谐振频率温度系数却是最难调控实现的。