基于流延成型工艺的LTCC微波介质陶瓷研究

论文题目: 基于流延成型工艺的LTCC微波介质陶瓷研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 董世洪

导师: 杨辉

关键词: 微波介质陶瓷,低温烧结,技术,烧结助剂

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 移动通信事业的高速发展,对移动通信终端用射频元器件的小型化提出了越来越高的要求。射频元器件小型化最初解决方案是采用高介电常数的微波介质陶瓷的材料,但小型化程度有限。基于低温共烧技术(Low temperature cofiredceramic,简称LTCC)为基础的多层结构设计可有效减小器件体积,是实现元器件向小型化、集成化、高可靠性和低成本发展的重要途径。LTCC技术关键是对能与Ag、Cu电极共烧的LTCC微波介质陶瓷的研制,世界各国竞相开发,但由于材料开发与器件设计制造工艺相脱离,大多材料体系由于添加剂的原因,导致料浆不稳定、粘度高,难以流延成型,从而限制其应用。本文从流延成型对料浆特性要求的角度出发,选择优化设计烧结助剂。根据料浆特性的要求,分别选用Na2O、ZnO、ZnO-B2O3-Si2(简称 ZBS)、PbO-B2O3-SiO2(简称PBS)、ZnO-B2O3(简称ZB)、B2O3作为烧结助剂,系统研究烧结助剂对BiNbO4和CaO-B2O3-SiO2微波介质陶瓷的烧结特性、相组成、显微结构和微波介电性能的影响,并探讨了BiNbO4和CaO-B2O3-SiO2陶瓷体系的料浆特性和流延膜片特征,研究成果如下:(一)CaO-B2O3-SiO2微波介质陶瓷低温烧结研究ZBS、PBS、Na2O/ZnO助剂引入,均不同程度降低CaO-B2O3-SiO2微波介质陶瓷的烧结温度(降低100-300℃),促进主晶相CaSiO3合成;相对而言,ZnO或Na2O、ZnO复合作为助剂比以ZBS、PBS作为助剂降温效果显著,并可获得晶粒尺寸均一、结构致密的陶瓷。ZnO的引入,使陶瓷烧结温度降至1000℃,对陶瓷的介电性能影响较小;而Na2O的引入,虽能使烧结温度降至950℃,但由于Na+半径小,在结构中易迁移,破坏硅灰石晶体结构,同时在高温下产生离子电导,材料的Q·f值大幅度降低。以2mol%ZnO取代CaO,在1000℃保温2h,陶瓷的各项性能最佳,其介电性能:εr=5. 39,Q·f=15075GHz,陶瓷料浆均匀、适度适中,流延膜片粉体颗粒均匀分布、无团聚现象。(二)BiNbO4微波介质陶瓷低温烧结研究ZB、ZBS、B2O3作为BiNbO4微波介质陶瓷的烧结助剂,均能不同程度地促进陶瓷的烧结,在900-920℃可获得单相α-BiNbO4。在相同条件下,以ZB作为助剂比以ZBS或B2O3作为助剂更能均匀润湿、包裹固体颗粒,在较低烧结温度条件下可获得晶粒尺寸均一、结构致密的陶瓷。ZB助剂对BiNbO4陶瓷介电浙江大学硕士学位论文性能破坏作用小于ZBS或BZO3。掺入lwt%ZB的BINbO4陶瓷,在880℃保温4h,材料的e:一42,tg6<1 .5 x10一3。低温烧结BINbo;陶瓷料浆均匀、粘度适中,流延膜片粉体颗粒均匀分布、无团聚现象。 本文通过添加剂优化设计,获得了介电性能优良、适合于流延成型的cao一BZ场一510:和BINbO4低温烧结微波介质陶瓷,为LTCC微波介质陶瓷产业化奠定了基础。关键词:微波介质陶瓷低温烧结LTcc技术烧结助剂

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 LTCC微波介质陶瓷的概述

1.2.1 微波介质陶瓷的研究概况

1.2.2 LTCC技术简介

1.2.3 LTCC微波介质陶瓷的分类

1.3 LTCC微波介质陶瓷的应用及性能要求

1.3.1 LTCC微波介质陶瓷材料的应用

1.3.2 LTCC微波介质陶瓷材料的性能要求

1.4 微波介质陶瓷的低温烧结

1.4.1 微波介质陶瓷的低温烧结机理

1.4.2 微波介质陶瓷低温烧结的途径

1.4.2.1 掺加氧化物或低熔点玻璃

1.4.2.2 湿化学合成

1.4.2.3 使用超细粉体作为起始原料

1.4.2.4 选择固有烧结温度低的陶瓷体系

1.5 立题依据

参考文献

第二章 实验方法及性能测试

2.1 实验原料

2.2 烧结助剂的制备过程

2.2.1 ZnO-B_2O_3(ZB)的制备

2.2.2 ZnO-B_2O_3-SiO_2(ZBS)的制备

2.2.3 PbO-B_2O_3-SiO_2(PBS)的制备

2.3 微波介质陶瓷低温烧结制备方法

2.4 LTCC流延工艺方案

2.5 性能测试与分析

2.5.1 密度及气孔率测量

2.5.2 晶相与显微结构分析

2.5.3 微波介电性能测试

参考文献

第三章 低温烧结CaO-B_2O_3-SiO_2微波介质陶瓷结构与性能的研究

3.1 前言

3.2 实验过程

3.3 不同烧结助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2烧结特性和介电性能的影响

3.3.1 ZnO-B_2O_3-SiO_2对CaO-B_2O_3-SiO_2烧结特性的影响

3.3.2 PbO-B_2O_3-SiO_2对CaO-B_2O_3-SiO_2烧结特性和介电性能的影响

3.3.3 ZnO／Na_2O助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2性能的影响

3.3.3.1 ZnO／Na_2O助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2烧结特性的影响

3.3.3.2 ZnO／Na_2O助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2显微结构和相组成的影响

3.3.3.3 ZnO／Na_2O助剂对CaO-B_2O_3-SiO_2介电性能的影响

3.4 CaO-B_2O_3-SiO_2微波介质陶瓷料浆特性及流延膜片特征

3.5 本章小结

参考文献

第四章 低温烧结BiNbO_4结构微波介质陶瓷结构与性能研究

4.1 前言

4.2 实验过程

4.3 不同烧结助剂对BiNbO_4性能的影响

4.3.1 不同烧结助剂对BiNbO_4烧结特性的影响

4.3.2 不同烧结助剂对BiNbO_4微观结构与相组成的影响

4.3.3 不同烧结助剂对BiNbO_4介电性能的影响

4.4 ZB助剂对BiNbO_4性能的影响

4.4.1 ZB助剂对BiNbO_4烧结特性的影响

4.4.2 ZB助剂对BiNbO_4介电性能的影响

4.4.3 ZB助剂对BiNbO_4显微结构和相组成的影响

4.5 BiNbO_4微波介质陶瓷料浆特性及流延膜片特征

4.6 本章小结

参考文献

第五章 总结

附录 1-ZnO-B_2O_3-SiO_2(ZBS)差热(DTA)曲线

附录 2-PbO-B_2O_3-SiO_2(PBS)差热(DTA)曲线

致谢

发布时间: 2005-04-29

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