[发明专利]一种钼基温度稳定型微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制备领域，特别涉及一种钼基温度稳定型微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是近二十多年发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应用于微波频段(主要是300MHz～300GHz频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。它具有高介电常数，低介电损耗，温度系数小等优良性能，适于制造多种微波元器件，能满足微波电路小型化，集成化，高可靠性和低成本的要求。随着移动通讯及卫星通讯工业的发展，微波介质陶瓷已成为高技术陶瓷研究的重点项目之一。

LTCC产品性能的优劣首先取决于所选用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括，微波器件材料、封装材料和LTCC基板材料。介电常数是LTCC材料最关键的性能。要求介电常数在2～20000范围内系列化以适用于不同的工作频率。例如，相对介电常数为3.8的基板适用于高速数字电路的设计；相对介电常数为6～80的基板可很好地完成高频线路的设计；相对介电常数高达20000的基板，则可以使高容性器件集成到多层结构中。

高频化是数字产品发展必然的趋势，发展低介电常数(低于10)的LTCC材料以满足高频和高速的要求是LTCC材料如何适应高频应用的一个挑战。Ferro A6和Du Pont的901系统介电常数为5.2～5.9，ESL公司的4110-70C为4.3～4.7，NEC公司LTCC基板介电常数为3.9左右，介电常数低达2.5的介质体系正在研发之中。

谐振器的尺寸大小与介电常数的平方根成反比，因此作为介质材料时，要求介电常数要大，以减小器件尺寸。目前，超低损耗或超高Q值、相对介电常数>100乃至>150的介质材料是研究的热点。需要较大电容量的电路，可以采用高介电常数的材料，也可在LTCC介质陶瓷基板材料层中夹入有较大介电常数的介质材料层，其介电常数可在20～100之间选择。介电损耗也是射频器件设计时一个重要考虑参数，它直接与器件的损耗相关，理论上希望越小越好。目前，生产用于射频器件的LTCC材料主要有DuPont(951、943)、Ferro(A6M、A6S)、Heraeus(CT700、CT800和CT2000)和Electro-science Laboratories。他们不仅可以提供介电常数系列化的LTCC生瓷带，而且也提供与其相匹配的布线材料。

综上所述，随着微波介质陶瓷广泛应用于介质谐振器、滤波器、介质波导、介质基板以及介质超材料等领域，为了满足器件小型化以及集成化的发展需要，低温共烧陶瓷技术(LTCC)以其不可替代的奇特优势，逐渐成为器件开发制造的主流技术。因此，寻找、制备与研究高介电常数(ε_r>40)、低损耗(Qf>5000GHz)、近零谐振频率温度系数(TCF＝0ppm/℃)、低烧结温度(低于Ag、Cu、Au、Al等常用金属的熔点)且跟金属电极烧结匹配、低成本(不含或者含有少量贵重金属)、环保(至少无铅，尽量不含或者含有较少有毒原材料)的新型微波介质陶瓷成为了人们当前研究的热点与重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钼基温度稳定型微波介质陶瓷及其制备方法，该介质陶瓷材料化学组成简单，相对介电常数可调，微波品质因数高；该制备方法简单易行，不需要添加任何烧结助剂，且烧结温度低，适用范围广。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种钼基温度稳定型微波介质陶瓷，该微波介质陶瓷的组成表达式为(1-x)BaLn₂(MoO₄)₄–xTiO₂；其中，Ln为Ce、Y、Sm或Nd；0.45≤x≤0.55。

所述微波介质陶瓷中，BaLn₂(MoO₄)₄相的温度系数为负，TiO₂相的温度系数为正，且所述两相共存的温度趋近于零。

所述微波介质陶瓷的相对介电常数为11.2～14.3，微波性能Qf＝7,221～45,721GHz，谐振频率温度系数为-7.2～+10ppm/℃。

一种钼基温度稳定型微波介质陶瓷的制备方法，包括以下步骤：