[发明专利]TiO2

说明书

本发明提供一种TiO₂基微波陶瓷基板材料及其制备方法和应用，它由两种晶相组成，陶瓷主晶相为金红石型TiO₂，第二晶相为MgTi₂O₅；普通氧化物ZrO₂，Nb₂O₅，SnO₂作为掺杂剂进入TiO₂晶格中形成固溶体；MnCO₃，CoO，CuO，ZnO，Al₂O₃作为掺杂剂在陶瓷中起到提升陶瓷品质因数的作用，化学通式为Ti_1‑xA_xO₂+yMgO+zB，其制备方法包括配料、球磨、造粒、成型、烧结，采用本发明方法制备的TiO₂基微波陶瓷基板材料经实验室研究测试具有较高Q×f值(20000～40000)，高介电常数(80～95)和系列化的介电常数温度系数(‑550～‑900)。本发明复合陶瓷适用于制作微波电容器的基板材料，还可以用于制作微带滤波器等可调微波器件的材料。

技术领域

本发明涉及一种适用于微波电容器和微带滤波器的微波陶瓷基板材料及其制备方法，陶瓷材料是基于金红石型TiO₂改性制备得到，属于先进通讯元器件基板材料领域。

背景技术

电子信息技术的快速发展，对电子元器件的集成化度、可靠性、稳定性和小型化要求越来越高。如今，第四代(4G)通信网络已在世界范围得到普及，而且5G网络因具有速度更快、网络频谱宽、智能性更等优点，已被大力推广，高频化已成为电子行业的一个发展趋势。陶瓷滤波器在系统模块之间和通讯接发端的重要性日益提高。同时伴随着单片微波集成电路 (MMIC)的日益发展，微带线已成为传输线中使用频率最多的一种。利用高介电常数的陶瓷基板材料，可使得印制在基板上的微带线工作波长远远小于自由空间的工作波长，同时可以实现阻抗的良好匹配。此外，微带陶瓷滤波器具有小的尺寸，通过光刻易于加工，易于和其它有源电路元件兼容等优点。微带陶瓷滤波器的主要工艺特点是，使用的陶瓷基片越厚，它所支持的基片平面尺寸越大，板上元件数越多，成本低。因此，微带陶瓷滤波器中陶瓷基板材料的制备至关重要。

低损耗、系列化介电常数和一定的电容温度系数是微波电容器和微带陶瓷滤波器对基板材料的基本要求，可以应用在微波和射频电路中。目前现有的微波陶瓷材料中， Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃或Ba(Zn_1/3Ta_2/3)O₃等复合钙钛矿结构微波陶瓷尽管具有极低的损耗(Q×f可以达到180000甚至以上)，但因烧结温度高、原料中氧化钽的价格昂贵及品质因素随制备条件变化剧烈等具体问题得不到广泛而有效的应用。偏钛酸镁陶瓷(MgTiO₃)也是一种重要的微波介质材料，而且其原料丰富，成本低廉，因而日益受到人们的青睐。目前已经成为应用最广的微波介质陶瓷材料之一，可以用它制作热补偿电容器、多层陶瓷电容器、介质滤波器以及介质谐振器等。值得注意的是，上述两种性能优异或应用广泛的陶瓷材料，介电常数都在30以下。对于介电常数大于80的陶瓷基板材料，目前研究较为广泛的材料体系主要是以下几种：CaO/SrO-TiO₂及其改性陶瓷、CaO-Ln₂O₃-TiO₂及其改性陶瓷、BaO-Ln₂O₃-TiO₂及其改性陶瓷和TiO₂等。前三种陶瓷材料可形成介电系列化的高介微波陶瓷材料，但Q×f值较低，一般在10000GHz以下。而TiO₂作为高介微波陶瓷材料，其Q×f值可达40000GHz。