絲網(wǎng)印刷鋇鐵氧體厚膜及其在集成環(huán)行器中的應(yīng)用研究.pdf

1、M型鋇鐵氧體材料由于具有高的磁晶各向異性場(chǎng)和較大的飽和磁化強(qiáng)度，從而可廣泛應(yīng)用于自偏置毫米波鐵氧體環(huán)行器。隨著微波電路集成化發(fā)展，迫切需求與基片集成的鐵氧體薄膜/厚膜環(huán)行器，因此，將鐵氧體以薄膜/厚膜形式與基片集成而制備的鐵氧體環(huán)行器研究受到了人們的廣泛關(guān)注。
　　本文采用絲網(wǎng)印刷的方法制備鋇鐵氧體厚膜，研究了不同工藝條件對(duì)鋇鐵氧體厚膜性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，球磨時(shí)間對(duì)BaM厚膜表面形貌影響不大，隨著球磨時(shí)間的增長(zhǎng)，樣品的剩磁比

2、、矯頑力變化都不明顯。采用軋制方法對(duì)厚膜漿料分散有利于提高厚膜性能。隨著軋制時(shí)間的增加，樣品表面的氣孔大小和數(shù)目呈下降的趨勢(shì)。樣品的剩磁比從0.6逐漸升為0.75。
　　厚膜漿料中有機(jī)載體成分和比例對(duì)厚膜樣品影響較大。采用單一溶劑的鋇鐵氧體厚膜，隨著有機(jī)載體含量的降低，厚膜表面氣孔減少，厚膜樣品的剩磁比逐漸從0.6上升為0.7，而矯頑力則從3.27kOe緩慢降為3.19kOe。采用松油醇和檸檬酸三丁酯構(gòu)成的混合溶劑可以有效改善鋇鐵

3、氧體漿料的揮發(fā)特性，進(jìn)而降低鋇鐵氧體厚膜的氣孔率，提高樣品的飽和磁化強(qiáng)度和剩磁比，其 Ms達(dá)到1600Gs，而剩磁比可到0.66。排膠時(shí)間對(duì)于使用混合溶劑的鋇鐵氧體厚膜的表面形貌影響較小，并且樣品的磁性能也幾乎沒有變化。
　　燒結(jié)溫度顯著影響厚膜樣品性能。隨著燒結(jié)溫度的升高，樣品表面的氣孔逐漸減少，晶粒逐漸長(zhǎng)大，1150℃時(shí)樣品的主晶相為BaM，到1200℃時(shí)，F(xiàn)e2O3變?yōu)橹飨?，而BaM變?yōu)榇蜗啵?250℃及以上時(shí)，BaM已完

4、全分解。樣品的飽和磁化強(qiáng)度從大約1700Gs降為400Gs左右，矯頑力從1150℃和1200℃時(shí)的3.4kOe和3.34kOe降為1250℃和1300℃時(shí)的0.3kOe和0.25kOe。
　　通過工藝優(yōu)化，所制備的鋇鐵氧體厚膜性能達(dá)到：剩磁比為0.75，矯頑力為2800Oe。
　　針對(duì)在200微米厚基片上制備的100微米厚鋇鐵氧體厚膜，通過理論計(jì)算和HFSS軟件仿真優(yōu)化得出集成環(huán)行器模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：中心導(dǎo)體的半徑為1mm，

5、第一節(jié)匹配微帶的長(zhǎng)度為0.95mm，寬度為0.1mm，第二節(jié)匹配微帶的長(zhǎng)度為0.1mm，寬度為1.6mm，第三節(jié)匹配微帶的長(zhǎng)度為1mm，寬度為0.19mm。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的環(huán)行器在頻率為25GHz附近具有明顯的環(huán)行性能，其插入損耗約2dB，隔離約為20dB。
　　采用微細(xì)加工方法制作了鐵氧體厚膜自偏置環(huán)行器。在沒有外加磁場(chǎng)下，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試了環(huán)行器的微波傳輸特性，結(jié)果表明，所制備的環(huán)行器在25.6GHz附近具有環(huán)行性