[发明专利]一种低介电常数微波介质陶瓷材料及陶瓷元器件

说明书

一种低介电常数微波介质陶瓷材料，其特征在于，包括以质量计的以下组分：主料，所述主料含量为75‑85wt％，所述主料为R掺杂的Zn₂SiO₄，其中，R包括Nb、Sm、La、Nd中的一种或多种，R的含量为Si的摩尔含量的0.01‑0.1倍；辅料，所述辅料为TiO₂，所述辅料含量为10‑17wt％；烧结助剂，所述烧结助剂包括SiO₂、Na₂O和B₂O₃中的一种或多种，所述烧结助剂含量为1‑10wt％。该低介电常数微波介质陶瓷材料介电常数为8‑11、品质因数大于40000、谐振频率温度系数τf为‑35～0ppm/℃，可以广泛应用于介质谐振天线、滤波器、双工器等陶瓷元器件中。

技术领域

本发明涉及电子陶瓷技术领域，尤其是一种低介电常数微波介质陶瓷材料及陶瓷元器件。

背景技术

微波介质陶瓷是一种应用于微波频段(主要是300MHz～30GHz)电路中作为现代通信中的一种关键材料，其因具有微波信号的频率极高、波长极短、信息容量大，有强方向性、穿透性和吸收能力等特点，而作为现代通讯广泛使用的谐振器、滤波器、介质波导回路等其他微波元器件的核心部件材料。随着移动通信技术的迅速发展，微波技术设备向小型化、多功能、高性能、低成本方向发展，对微波介质陶瓷提出了更高的要求。

衡量微波介质陶瓷的生产指标和应用价值的三个参数为：介电常数、品质因数和谐振频率温度系数。低介电常数可以提高信号在介质中的传播速度，而高介电常数可以减小器件的尺寸；品质因数是表征介质材料在交变电场中极化时对于电能的损耗的指标；谐振频率温度系数是衡量材料对于温度的稳定性。

随着5G技术的不断发展，新型毫米波器件和系统快速发展，在极高频的毫米波段下，介质材料需要较低的介电常数、极低的介质损耗和近零的谐振频率温度系数，以提高器件的信息传输速率、增强选频性和降低能耗、保证谐振与传输时信号的工作稳定性。目前，典型的低介电常数微波介质陶瓷材料体系主要包括Al₂O₃系、硅酸盐系、钨酸盐系、磷酸盐系、堇青石等。其中Zn₂SiO₄是一种重要的低介电常数微波介质陶瓷材料。

Zn₂SiO₄陶瓷具有较低的介电常数(6-7)和介电损耗，但存在谐振频率温度系数偏高(-60ppm/℃)、烧结宽容性和稳定性差的问题，烧结后瓷体易玻璃化，难以实现工业化生产

为了解决上述技术问题，提出了本发明的低介电常数微波介质陶瓷材料及其制备方法。

发明内容

本发明提出了一种低介电常数微波介质陶瓷材料，其具有较低的介电常数(8-11)、较高的品质因数、谐振频率温度系数τf较小，且烧结温度1000-1100℃，瓷体致密性好，可以大批稳定生产，可应用于介质谐振天线、滤波器、双工器等陶瓷元器件中。

本发明提供了一种低介电常数微波介质陶瓷材料，其包括以质量计的以下组分：

主料，所述主料含量为75-85wt％，所述主料为R掺杂的Zn₂SiO₄，其中，R包括Nb、Sm、La、Nd中的一种或多种，R的含量为Si的摩尔含量的0.01-0.1倍；

辅料，所述辅料为TiO₂，其含量为10-17wt％；

烧结助剂，所述烧结助剂包括SiO₂、Na₂O和B₂O₃中的一种或多种，所述烧结助剂含量为1-10wt％。

其中，以SiO₂、Na₂CO₃、H₃BO₃为相应原料引入所述烧结助剂。