低介低損耗LTCC材料研制及基于該材料的陣列天線設(shè)計.pdf

1、隨著無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們對微波介電材料的需求急劇上升。由于越來越多的器件應(yīng)用于微波段且尺寸小集成度高，促進了低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC）的快速發(fā)展，擁有低的燒結(jié)溫度（<950℃），高的品質(zhì)因數(shù)（Q×f）和低介電常數(shù)（εr）的介電基板材料是LTCC發(fā)展的基礎(chǔ)。ZnO-SiO2作為一種擁有高品質(zhì)因數(shù)和低介電常數(shù)的重要陶瓷材料，在最近幾年被廣泛研究應(yīng)用于LTCC領(lǐng)域。
　　低熔點的玻璃摻雜是最常用的降低電子陶瓷燒結(jié)溫度的方法。然

2、而，對于擁有極高燒結(jié)溫度的陶瓷材料，如Zn2SiO4，常常需要加入大量的玻璃。這不僅將導(dǎo)致材料極差的介電性能，還會因為玻璃與材料的不同收縮率而導(dǎo)致在 LTCC工序中材料的開裂，這種現(xiàn)象對于玻璃摻雜量大于5 wt％時尤其嚴重。
　　在本課題工作中，使用了Co2+離子替代和玻璃摻雜相結(jié)合的方法來使Zn2SiO4陶瓷的燒結(jié)溫度降低到900℃附近。首先，研究了不同Co2+離子替代量對Zn2SiO4的結(jié)構(gòu)和性能的影響，定量的Li2O-B2O

3、3-SiO2-CaO-Al2O3（LBSCA）玻璃被摻雜到(Zn1-xCox)2SiO4中來使得其可以在900℃附近完成致密燒結(jié)。最后發(fā)現(xiàn)Co2+離子替代量為0.05時陶瓷擁有致密的微觀結(jié)構(gòu)，生長均勻的晶粒和優(yōu)良的微波介電性能。其次，研究了不同的LBSCA玻璃摻雜量對(Zn0.95Co0.05)2SiO4介電陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和微波性能參數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)了當摻雜2 wt%LBSCA時陶瓷擁有最致密的微觀結(jié)構(gòu)且晶粒生長均勻一致性好，同時擁有相當

4、優(yōu)異的微波介電性能:εr=6.5、Q×f=57,000 GHz、τf=-55 ppm/℃。最后，對比研究了不同量的CaTiO3摻雜(Zn0.95Co0.05)2SiO4+2 wt%LBSCA介電陶瓷，嘗試將其溫度系數(shù)調(diào)節(jié)到趨于0。實驗研究表明當CaTiO3的摻雜量為5.5 wt%時陶瓷的溫度系數(shù)為-1.3 ppm/℃，從而達到了LTCC應(yīng)用的要求。
　　基于自己開發(fā)的低介低損耗的(Zn0.95Co0.05)2SiO4+2 wt%