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《浙江大学》 2004年
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LTCC低介高频微波介质材料

孙慧萍  
【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。本文以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_2O和Bi_2O_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。本文以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:ε_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_2O、Bi_2O_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_2O、Bi_2O_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_2O_6、CaSiO_3相;添加1wt%Li_2O+6wt%Bi_2O_3,致密化温度降至920℃,其介电性能:ε_r=7.61,Q·f>15000GHz(8GHz),频率温度系数偏大(τ_f=—41ppm/℃)。 (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℃烧结,微波介电性能:ε_r=9.42,Q·f>11000GHz(8GHz),τ_f=+3.5 ppm/℃。 本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。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB39

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