[发明专利]一种5G通信用低介高品质微波介质陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了5G通信用低介高品质微波介质陶瓷及其制备方法，方法包括：(1)将纯度为99.99％的原料Co₂O₃和Al₂O₃按摩尔比1：2进行配料；(2)将配料、球磨锆球、无水乙醇进行湿法球磨，得到泥浆状原料；(3)将泥浆状原料烘干至恒重，得到干燥的混合料；(4)将混合料过筛分散，后预烧，制得CoAl₂O₄粉体；(5)将的CoAl₂O₄粉体加入无水乙醇，研磨分散，形成CoAl₂O₄浆料；(6)将CoAl₂O₄浆料烘干至恒重，得到CoAl₂O₄化合物粉末；(7)将CoAl₂O₄化合物粉末过筛，取筛下料加入聚乙烯醇溶液，混合均匀后将粉料颗粒过筛，取筛下料压制成圆柱体生坯；(8)将圆柱体生坯置于高温炉中升温，以进行排胶处理；(9)将排胶处理后的圆柱体生坯进行烧结处理，得到CoAl₂O₄微波介质陶瓷。

技术领域

本发明属于5G通讯用微波介质陶瓷材料制造技术领域，具体涉及一种具有低介电常数(ε_r)和高品质因数(Qf)微波介质陶瓷及其制备方法。

背景技术

5G通信作为下一代移动通信、WIFI、蓝牙、物联网等通信技术的主要发展方向，是各国政府和高科技企业大力发展和激烈争夺的明星产业，在军用和民用的科技发展上具有重要意义和战略制高点。5G通讯技术优势在于其数据传输速率(20Gbit/s)远远高于以前的蜂窝网络，比当前4G LTE网络快100倍。其另一个优点是具有较低的网络延迟(低于1毫秒)，而4G为30–70毫秒。

2019年是我国5G元年，工信部已经规划2020-2025年5G系统将使用3GHz-5GHz厘米波频段(sub6GHz频段)，2025-2030年实现5G的24GHz-28GHz亚毫米波频段覆盖。不同于工作在分米波和厘米波段的2G/3G/4G移动通信，在亚毫米波段，金属材料损耗太大，聚四氟FR4板损耗大和热稳定性差，Roges板价格昂贵，高介电常数陶瓷材料信号传输延迟时间太长，均不适合作为未来5G元器件的介质材料使用。结合我国5G技术在亚毫米波频段的产业布局，开发介质材料新体系成为我国社会经济发展和国家安全战略的重要课题。

微波介质陶瓷是应用于微波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。作为一种新型电子材料，微波介质陶瓷在现代通信中广泛用作移动通信基站与终端元器件的关键材料。随着通信频段逐渐朝毫米波方向发展，亟需探索新型微波介质陶瓷以满足5G通讯技术的性能需求。

根据电磁传播公式，t_pd＝延迟时间，l＝传输距离，ε_r＝介质陶瓷介电常数，c＝光速，无线电波在介质中延迟时间取决该载波介质的介电常数大小。5G系统要求信号响应与传输时间延迟低于1毫秒，这便要求整体系统中各元器件对信号响应的延迟时间要远低于1毫秒。因此，5G基站和终端器件如天线、谐振器、滤波器、双工器和基板等要求使用低介电常数(ε_r＜10)材料作为信号响应与传输介质，从而降低信号响应与传输的延迟时间。另一方面，超低损耗(高品质因数Qf＞20000GHz)可以减少5G信号在传输过程衰减并增加选频精度。近零谐振频率温度系数(τ_f～0ppm/℃)可以保证器件中心工作频率的温度稳定性，减少频率漂移。

目前，在24GHz-28GHz频段下实现商业化应用的低介电常数介质陶瓷主要是美国Ferro公司的A6M和DuPont公司的9K7产品。三星公司使用A6M进行5G陶瓷天线研究，其中心频率在28GHz，3dB带宽在60MHz，但是介电损耗在10^-2数量级，仍有待提高。关于应用于24GHz频段以上的5G微波陶瓷，国际上处于紧张上马的起步阶段，发展前景和市场巨大。

发明内容