[发明专利]介电可调低温共烧复合微波陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子材料与器件技术领域，具体涉及一类具有介电可调特性和低温烧结特性的复合微波陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

随着电子信息产业的高速发展，电子功能器件和微波系统的开发与应用朝着小型化、功能模块化、应用高频化与宽频化、微电子电路集成化、设计片式化以及成本低廉化的方向发展。因此，新型功能微波陶瓷材料及其片式元器件的制备技术已成为当今的一大研究热点。具有介电可调和低温烧结特性的复合微波陶瓷作为电调谐微波谐振器、滤波器以及微波介质天线等可调微波元器件的关键材料，具有重要的应用价值，可以广泛地应用于移动通讯、卫星定位系统(GPS)、汽车电子产品、雷达以及军用的制导系统等领域，受到研究者、产业界的高度重视。

利用铁电材料的电学非线性是实现无源可调微波器件的重要技术途径之一，而单纯的BaTiO₃基铁电材料体系，往往具有较高的介电常数(ε_r＞2000)，在可调微波器件应用方面，很难满足其空间阻抗匹配的要求。对于常规传统的微波陶瓷材料，如Bi₂O₃-ZnO-Nb₂O₅，Bi₂O₃-ZnO-Ta₂O₅，BaZn_1/3Ta_2/3O₃，BaMg_1/3Ta_2/3O₃等材料体系，其功能特性相对较为单一，基本不具有介电可调特性，也不能满足可调微波器件的设计要求。同时，BaTiO₃基铁电材料和微波陶瓷材料的烧结温度一般都在1000℃以上，还不能很好的满足低温共烧陶瓷(LTCC)技术的需求(即与廉价银、铜电极材料共烧)，难于实现微波器件模块化和尺寸小型化。因此，在当今电子器件多功能化、功能模块化和尺寸小型化的发展趋势下，寻找介电常数系列化(50～2000)、具有介电可调特性且可以低温烧结的新型微波介质陶瓷材料体系是一个重要的发展方向。

目前，国内、外开发的LTCC用陶瓷粉料大多都是普通粉料，应用于LTCC基板材料，无介电可调特性，且介电常数相对较低(ε_r≤50)，对于同时具有介电可调特性和低温共烧特性的微波介质材料及其制备方法还鲜见报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一类具有介电可调特性和低温烧结特性的复合微波介质材料。以满足LTCC技术要求，适用于多层可调微波器件和电调谐低温共烧功能模块的应用开发。

本发明的另外一个目的是提供上述这种具有介电可调特性和低温烧结特性的复合微波陶瓷材料的制备方法。

本发明的发明人经过大量试验研究发现，选用xB₂O₃·yLi₂O低熔点玻璃对Ba_1-xSr_xTiO₃-Mg₂TiO₄和Ba_1-xSr_xTiO₃-Zn₂TiO₄复合微波陶瓷材料体系进行掺杂改性，得到一类介电常数系列化，且同时具有介电可调特性和低温烧结特性的复合微波陶瓷材料，满足低温共烧陶瓷(LTCC)技术要求，可以作为多层可调微波器件和电调谐低温共烧功能模块设计开发的关键材料。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种介电可调的低温烧结复合微波陶瓷材料，以低温烧结复合微波陶瓷材料的总重量为基础计，各组分及其重量百分含量为：

Ba_1-xSr_xTiO₃(x＝0.3～0.6)  20.0wt％～97.5wt％，优选35wt％-95％wt％

M₂TiO₄(M＝Mg或Zn)          0.0wt％～77.5wt％， 优选0.0wt％-60wt％

xB₂O₃·yLi₂O玻璃(x/y＝0.5～1.0)2.5wt％～15.0wt％，优选5wt％-10wt％