低溫共燒(LTCC)鐵電-鐵磁復合材料與器件研究.pdf

1、隨著信息和通訊技術的高速發(fā)展，整機和系統(tǒng)的小型化、輕量化和多功能化程度進一步提高，這同時對材料、設計和集成技術都提出了更高的要求。面對這一新的挑戰(zhàn)，復合材料在功能集成上的優(yōu)勢越來越明顯。鐵電/鐵磁復合材料因兼有電容和電感兩種特性，既能為電子器件中電容、電感部分的集成提供更多選擇，又可以為新型結構、功能器件的設計拓寬思路。與此同時，低溫共燒陶瓷（LTCC）技術以其優(yōu)異的電子、熱機械和互聯(lián)等特性逐漸成為目前無源集成的主流方式。鐵電/鐵磁復合

2、材料與LTCC技術結合不僅有助于解決目前LTCC材料種類單一，性能沒有實現(xiàn)系列化的問題，還能用單一材料同時實現(xiàn)電容和電感部分的功能，從而避免電容層和電感層材料共燒時可能出現(xiàn)的不匹配。
　　本論文的工作圍繞BaTiO3(BTO)/NiCuZn Ferrite(NCZF)和Bi4Ti3O12(BIT)/NiCuZn Ferrite(NCZF)兩個鐵電/鐵磁復合材料體系的低溫燒結和性能研究展開。首先用固相反應法，以Bi2O3助熔，實現(xiàn)了

3、低鐵電相含量BTO/NCZF復相陶瓷在950oС以下的致密化。在與兩相比例相同的CaTiO3/NCZF復相陶瓷進行性能對比的基礎上，通過理論修正建立了可以預測低溫燒結復相陶瓷磁性能和介電性能的計算模型，同時研究了燒結溫度和介電相含量對復合體系磁化機制的影響。其次，分別采用軟化學方法、多元低熔點氧化物摻雜以及低熔點玻璃相物質(zhì)助熔的方法成功制備了900oС燒結的 BTO/NCZF復合材料。研究發(fā)現(xiàn)溶膠-凝膠法合成的 BaTiO3粉體可以有效

4、降低復合體系的介電損耗，但對提高體系介電常數(shù)作用不大。而且，納米 BaTiO3粉體相比顆粒尺寸大的同類粉體能更有效地減小復合體系的間隙參數(shù)，從獲得更高的磁導率。三元氧化物Bi2O3-Li2CO3-V2O5摻雜研究發(fā)現(xiàn)，鐵電相與鐵磁相質(zhì)量比為1:5時體系有較好的介電性能（在1MHz~1GHz內(nèi)??=28~31，在1~127MHz內(nèi)t an?<0.02），此時的??=12~14，截止頻率488MHz。按照上述的兩相比例，進一步研究了B2O3

5、-Bi2O3-SiO2-ZnO(BBSZ)玻璃添加量對體系磁性能和介電性能的影響，確定了可用于LTCC低通濾波器制作的材料性能參數(shù)（??=13，截止頻率585MHz，??=26）。制作的低通濾波器3dB截止頻率66.3MHz，145MHz時帶外抑制20dB，符合設計指標。此外，還借助前面提出的計算模型對各種方法制備的BTO/NCZF復合體系的性能隨組分變化規(guī)律進行了研究。最后，采用低熔點Bi4Ti3O12鐵電陶瓷替換BaTiO3，研究了