1微波介质陶瓷的发展现状与意义

如今电子设备的广泛使用，要求高密度特性、良好温度和小尺寸的新型电子系统已成为电子系统发展的必然趋势，如何生产出高集成度高可靠性的小尺寸封装体是当下需要立即解决的问题。而在众多的封装技术中，多芯片微组装技术因为其高可靠性、高电流密度和优良的电性能和传输特性使其成为现如今的研究主体。目前，对于介电常数小于10的微波陶瓷低温烧结特性的研究，国内外主要研究集中在Ca-B-Si-O、Zn-B-Si-O、Ba-B-Si-O等含B、Si玻璃陶瓷通过掺杂进行改性及对SrWO4、BaWO4、ZnMoO4、MnMoO4等含W或者Mo的陶瓷体系添加玻璃或氧化物等助烧剂来降温。上述相关体系陶瓷很容易会在低于900℃的温度下烧结，但是一般拥有小的Q•f值和很大的负τf值[11]；介电常数在20左右的低温烧结微波介质陶瓷体系主要有ZnNb2O6、Zn0.6Mg0.4TiO3、5Li2O-0.583Nb2O5-3.248TiO23、ZnTiO等，主要研究方法是加入玻璃助烧剂和氧化物的复合掺杂来改性。因为这些体系的基体材料都具有高的烧结温度（＞1200℃），所以掺杂量很大，这就使得陶瓷的τf负值很大，而对于基体材料的组成成分进行比例调整后，τf值虽然可以得到调节，但这又会使Q•f值大幅度下降；在εr=35至70范围内，具有代表性的是Bi2O3-Nb25系、ZnO-Nb2O5-TiO2、CaO-Li2O-Nb2O5-TiO2系及Ba2O3-Nb2O5-TiO2系等[3]，这些体系的材料通常有比较低的烧结温度（1100℃至1200℃），成为现阶段各研究所的研究方向之一；对于εr＞80的高介微波陶瓷，国内外研究重点仍是传统的铅基钙钛矿系、Ln系及其相关材料的多元化复合，因为基体材料的Q•f普遍比较低，而且烧结温度偏高（＞1200℃）。其中ZnNb2O6陶瓷因为其具有高的Q•f值而引起了研究人员的广泛关注。但是它的介电常数比较低(εr=25),谐振频率温度系数呈现较大的负值(τf=-56ppm/℃),而且烧结温度也偏高(1150℃),无法达到能和Ag、Zn等电极材料共烧的要求，因此限制了此类体系的微波介质瓷的应用[5]。近些年来有研究者通过介电混合法，将有高介电常数、正谐振频率温度系数的TiO2添加到ZnNb2O6系陶瓷中，实现了近零的谐振频率温度系数。而最近研究人员通过掺杂金属离子和添加烧结助剂来改善其介电性能、降低烧结温度、调整其谐振频率温度系数等方面做了大量工作。

2、微波介质陶瓷的发展趋势

结合微波介质陶瓷的发展历程，不难发现，它是以实用为出发点来发展的。在起步阶段，科学家们着力于对其频率温度系数的研究，力求较高的温度稳定性，以保证元器件的工作稳定性；随后，为满足实际需要，研究重点开始转向提高介电系数，以求满足微波系统小型化发展的需求；现在，随着通讯技术行业的飞速发展，微波器件多层设计方案的提出，微波系统的工作高频化、小型化，其发展方向又变为研发低温烧结技术。目前，微波介质陶瓷体系今后的发展必然会迈向更高频、更高介电常数（εr>120）、能低温烧结的的方向，它的研究热点将主要有：复合改性传统微波介质陶瓷材料使其烧结温度低温化；探究新的低温烧结材料体系；实现微波介质陶瓷低损耗、超低损耗等[4]。

3、低温共烧陶瓷（LTCC）

低温共烧陶瓷（LTCC）技术起源于上个世纪50年代末，是美国无线电公司的研究成果并投入生产。1982年休斯公司在原有基础上开发出新型材料技术，到90年代末期，LTCC基板技术正式进入商业应用领域。如今随着技术的发展其应用以深入到航空航天、移动通讯、高频微波等领域。经过近几十年来的发展与不断优化成熟的LTCC材料体系大体可分为玻璃陶瓷体系、陶瓷-玻璃复合材料、玻璃键合陶瓷体系。因为其所具有的优异性能使得它在军事及航空航天、无线通讯、传感器、滤波器、存储器等领域都有举足轻重的作用[6]。因为LTCC可以应用多层陶瓷共烧技术，其大大增加了元器件的集成度同时缩小了电子元器件的尺寸。具体的制作工艺是将原料低温烧结粉预先制成电路所需基板，再将其打孔安放电子元器件，当所需电路或元器件安放完毕后将其叠加在一起，最后在900℃左右烧结制成多层三维无源集成电路组件。