一種超低損耗低溫燒結微波介質陶瓷的制備技術

一、發明創造簡介
    隨著現代化通信技術的飛速發展，特別是移動衛星通信和全球定位系統等的快速發展，小型化和輕量化的微波器件日益受到重視，低溫燒結多層陶瓷器件（LTCC）可以有效的減小器件尺度，實現集成化，因而已受到人們的廣泛關注。然而，目前大多數商用微波介質陶瓷的燒結溫度都在1200℃～1500℃之間，無法與銅（Cu，熔點為1083℃）或銀（Ag，熔點為961.93℃）等內電極共燒，因此，研制開發具有優異性能的降低燒結微波介質陶瓷已成為微波元器件領域的一個關鍵技術。

    隨著社會信息化的發展，高頻微波成為了未來通信的發展方向。在高頻微波范圍（1GHz～300GHz），微波器件應具有小的損耗和優良的頻率選擇性，即微波材料具有高的Q值（品質因數）顯得非常重要；在高速的信息傳輸過程中，為了減少線路中的遲豫效應，應用于信息收發元器件上的陶瓷基材料具有小的介電常數ε是很必要的。因此，高Q、低ε材料在陶瓷基板方面具有重要的用途。

    本專利發明一種性能優異的微波介質材料的組成與制備技術，可用于（1）低溫燒結LTCC多層微波濾波器。（2）用于低溫燒結陶瓷線路基板。本專利采用國產氧化鎂（MgO），基準試劑（含量，99.9%）中國上海，同濟微量元素研究所；五氧化二鈮（Nb2O5），基準試劑（含量，99.5%），中國上海，中國醫藥（集團）上海化學試劑公司。采用標準電子陶瓷工藝，制備工藝，制備工藝簡單，易于工業化推廣。將氧化鎂和五氧化二鈮按Mg4Nb2O9化學計量比稱料混合，在920℃、2小時合成物相。添加1%～8%的某低熔點的氧化物，能使該材料的燒結溫度低到920℃。X射線衍射結果顯示，材料的主晶相為有序型剛玉結構的Mg4Nb2O9。發現在TS＝1000C燒結溫度下得到Q·f＝151042GHz和，εr＝12.89；TS＝920C，性能達到：εr＝12.72；Q·f=77800GHz的最好值，燒結過程的X，y，z三向收縮率≤15％該陶瓷不與Ag內電極反應。

二、創新點
       1．采用國內原材料，首次合成了Mg4Nb2O9并研究了其優良的高Q、低ε微波性能，通過添加低溶點的氧氣化物的方法，形成液相燒結，將Mg4Nb2O9微波介質陶瓷的澆結溫度由1400℃降低到了1000～1050℃，分別得到了中溫燒結Ts=1050℃，εr=12.72，Q·f＝151042GHz
       2．近一步采用多組員添加（V2O5和LiCO3），燒結溫度降到了Ts=920C，性能達到：εr＝12.72
Qf=77800GHz的國際最好值。

三、發明的應用價值和市場前景
    微波電子陶瓷是當前先進陶瓷材料領域最具活力、最有前途的組成部分，是電子、信息、計算機、通訊、激光、自動化、航空航天等領域的關鍵材料。移動通信、全球定位系統的快速發展，對微波陶瓷介質材料及其微波諧振器、微波濾波器等提出了廣闊的市場需求。微波介質材料的應用很廣泛，包括用作微波電路的載體，MW波導、MW屏。我們研究的Mg4Nb2O9微波介質陶瓷，具有優良的性能（Q·f≥135000GHz、ε＝12～13），可以作為微波諧振器和濾波器，廣泛的應用于微波通信的器件上，尤其是高頻微波通信的器件上，同時由于它的介電常數比較低，可以作為微波電路的載體—基板材料廣泛的應用于微波通信。而使線路中的遲豫效應很小。

    高溫燒結型的微波元器件（燒結溫度在1300℃以上），由于其電極材料必須采用耐高溫的貴重金屬，如白金（Pt）、鈀（Pd）等，產品的成本很高。而燒結溫度為1000～1250℃的材料（國內稱為中溫燒結型，國外稱為低溫燒結型），可用Cu，Ni或者高銀/鈀（Ag/Pd）比的內電極，使得產品的成本有很大的降低。