基于CaWO4的低介低損耗LTCC微波陶瓷及應(yīng)用研究.pdf

1、目前,移動通信設(shè)備和微波系統(tǒng)正朝著小型化、高頻化、高速化、集成化、低損耗化的方向發(fā)展。這對微波材料提出了更高的要求,因此開發(fā)低介電常數(shù),低損耗的低溫共燒(LTCC)用微波介質(zhì)陶瓷具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
　　CaWO4是近年來低介電常數(shù)微波陶瓷的一個(gè)研究熱點(diǎn),它的介電常數(shù)在10左右且具有較低的燒結(jié)溫度和良好的微波介電損耗特性。為了研究 CaWO4在低溫下的燒結(jié)特性和微波介電性能,本文嘗試了兩種低熔點(diǎn)氧化物對其進(jìn)行降燒,分別是BCB和L

2、i2WO4。二者的降燒機(jī)理大致相同,都是在燒結(jié)溫度時(shí)呈現(xiàn)為液相,由于液相傳質(zhì)作用促進(jìn)了CaWO4晶粒的生長,使其在低溫下能夠燒結(jié)致密。研究發(fā)現(xiàn)BCB能將CaWO4的燒結(jié)溫度降低到875℃左右,并且在燒結(jié)溫度下BCB可能發(fā)生蒸發(fā),導(dǎo)致CaWO4晶粒表面出現(xiàn)一些凹點(diǎn)。隨著x的增大,CaWO4+x wt％BCB(0.6≤ x≤1.4)的 Q×f值出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)x=1.2的時(shí)候陶瓷在875℃燒結(jié)2小時(shí)的情況下得到的微波介電性能為:ε

3、r=9.547, Q×f=6.07×104 GHz(f=13.77 GHz),τf=-41 ppm/℃。Li2WO4同樣能夠?qū)?CaWO4的燒結(jié)溫度降低到900℃,且隨著添加量的增加,陶瓷整體的最佳燒結(jié)溫度呈下降趨勢。當(dāng)x=0.1時(shí),(1?x)CaWO4?xLi2WO4(0≤x≤0.14)陶瓷在900℃燒結(jié)2小時(shí)的情況下得到最佳的微波介電性能為:εr=9.002, Q×f=11.76×104 GHz(f=13.099GHz),τf=-5

4、5 ppm/℃,并且該陶瓷與 Ag存在良好的兼容性。研究結(jié)果顯示兩種低熔點(diǎn)氧化物都能很好地降低CaWO4的燒結(jié)溫度,且取得不錯的微波介電性能。
　　為了研究CaWO4-Li2WO4陶瓷樣品TCF值調(diào)節(jié)問題,本文研究了兩種復(fù)合正TCF值材料的方案,分別是添加 TiO2和 CaTiO3。這兩種材料分別對0.88CaWO4-0.12Li2WO4(CLW)的TCF值進(jìn)行了調(diào)節(jié),使整體的TCF值保持在零左右。結(jié)果顯示,TiO2的添加增加了樣

5、品的難燒結(jié)性,在低溫下并未獲得致密的燒結(jié)樣品;而CaTiO3的引入雖然也引起了樣品介電損耗的增加,不過損耗特性依然很好。當(dāng)y=5時(shí),CLW+ywt％CaTiO3樣品在900℃下燒結(jié)2小時(shí)的TCF值為1.2 ppm/℃,Q×f值為5.63×104 GHz,介電常數(shù)為10.31。
　　采用自己開發(fā)的低介低損耗的 CLW+5wt％CaTiO3材料來設(shè)計(jì)并制作了一個(gè)GPS微帶天線。通過仿真對比可以發(fā)現(xiàn),該低損耗材料在單頻點(diǎn)天線的設(shè)計(jì)上能提