（ca，mg）tiolt3gt系微波介质陶瓷及片式多层微波器件研究

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1、摘要现代移动通信、无线局域网，军事雷达等设备及便携式终端设备正趋向于小型，轻量、高频，多功能及低成本化方向发展，这对以微波介质陶瓷为基础的微波元器件提出了更高的要求．为满足此要求，微波介质陶瓷的低温烧结，纳米化以及基于薄膜技术为基础的片式多层微波器件研制已成为当今的研究热点．(Ca’Mg)Ti03体系陶瓷是一种良好的微波介质陶瓷，已应用于制备腔体结构的滤波器．天线及谐振器，但存在烧结温度高，不能与低成本Ag、Cu内电极共烧．目前通过加入大量的助烧荆，虽可将MgTi03或(Ca，Mg)Ti03陶瓷烧结温度降至900℃，但同时大幅度降低了陶瓷的介

2、电特性，无法满足片式多层微波器件制造要求．纳米MgTi03或CaTi03也有部分研究，获得分散性好，粒径细的纳米晶，但存在工艺复杂、成本高等问题，难以满足新一代微型或微纳片式多层微波器件要求．本文根据微波器件小型化、低成本化的发展特点和要求，结合(Ca,Mg)Ti03微波介质陶瓷存在问题，采用材料特性，器件设计及制造工艺三位一体的研发模式，开发(Ca,Mg)Ti03微波介质陶瓷(舍低温烧结、纳米化)及其器件．其主要研究内容及成果如下：(一)结合材料特性、降温效果及工艺兼容性，以Bi203-v20s两元复合和CuO-BizOrVzOs(简称CB

3、V)三元复合为添加剂，制备LTCC微波介质(Ca,Mg)Ti03陶瓷．研究表明：①CBV三元复合助剂在烧结过程中形成低共熔点相Biv04和Cu3(v04)2，BiV04和Cu3(V04)2液相的双重作用，对MgTi03陶瓷降温效果优于二元复合助刺Bi2％-V205．②LTCC微波介质陶瓷的介电性能与添加剂形成相密切相关．随CBV掺杂量增大，高8r相BiVO,,和高损耗相Cu3(V04)2含量逐渐增多，导致MgTi03陶瓷的8，增欠，Qf值下降，唧向负值方向移动。掺杂Bi203．v205样品的8r随V205增加而减小。n(Bi203跏(v205

4、)>l时，Qf值因高损耗相Bi2啊207存在而降低．n(Bi203)／nfV205)

5、9)4、低成本无机盐[Mg(N03)2．6H20和Ca(N03h．4ti20I为先驱体，采用溶胶凝胶技术路线，制备纳米MgTi03和CaTi03陶瓷粉体．研究表明：①溶液组分浓度、PH值表温度以及组分加入次序直接关联着Ti(OC4I-19)4水解聚合速度，从而影响溶胶．凝胶状态．通过优化，获得了均匀透明MgTi03、CaTi03凝胶的最佳工艺条件．②纳米Mgal03，cam03粉体可在低温条件下合成．干凝胶MgTi03，CaTi03各自在700，800"Cg受烧1h，分别获得粒径20，60rim的粉体，合成温度比固相法合成低300．400℃．

6、③表面活性剂PEG可有效解决纳米钛酸盐化合物团聚现象．以纳米MgTi03为例，小分子量PEG400以平面吸附在胶体表面、分散效果较差．仍存在团聚。大分子量PEGl000以立体吸附为主，能有效稳定溶胶，获得分散性好的纳米MgTi03。此外，PEG吸附在固液界面上，使吸附层增厚，促使凝胶网络聚合物的燃烧温度和晶化温度升高。纳米微波介质陶瓷粉体的制备，为新一代微型或微纳片式多层微波器件研究奠定了材料基础。(三)研究了纳米Mgri03和CaTi03陶瓷粉体烧结特性和介电性能，揭示了相关纳米效应．纳米MgTi03，CaTi03粉体具有较大的比表面积和较

7、高的表面活性，促使MgTi03，CaTiOj陶瓷在1200"C低温下获得致密均匀的单相结构，比微米级粉体烧结降低约100—200"C，且具有较宽的烧结温区。纳米MgTi03烧结表明，由于较大的比表面能，促使低损耗介质高温相MgTi205分解，避免了M西205相残留在烧结体中而导致介电性能恶化问题．与微米级粉体烧结体的介电特性相比，纳米粉烧结体具有更高的Qf值．纳米MgTi03，CaTi03复合可获得接近于零温度系数的微波陶瓷。纳米粉体这些优良特性，为高质量微波介质陶瓷研究开辟了一条新思路。(四)以LTCC微波介质(Ca，Mg)Ti03陶瓷为介

8、质层，低成本Ag为内电极，构建和制造小型片式多层巴伦，天线．研究表明：①(Ca'Mg)l"i03陶瓷通过料浆组分配比，流延工艺优化，获得表面光洁．颗粒分散均匀、无团