【摘 要】
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随着现代微波通讯技术的飞速发展,各类终端设备对电子元器件的需求不断增加,对其功能要求不断变化。平面小型化、高频化、多功能与集成化成为了电子元器件的发展趋势。低温共烧陶瓷（LTCC）技术具有设计灵活性高、可靠性好、成本较低、适合于批量生产等优点,使其成为了目前制备无源元器件的主流工艺之一。该工艺由于采用导电性极好的金属Ag作为导体布线材料,因此,要求功能陶瓷能够在低温下（通常要低于Ag的熔点961℃
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随着现代微波通讯技术的飞速发展,各类终端设备对电子元器件的需求不断增加,对其功能要求不断变化。平面小型化、高频化、多功能与集成化成为了电子元器件的发展趋势。低温共烧陶瓷（LTCC）技术具有设计灵活性高、可靠性好、成本较低、适合于批量生产等优点,使其成为了目前制备无源元器件的主流工艺之一。该工艺由于采用导电性极好的金属Ag作为导体布线材料,因此,要求功能陶瓷能够在低温下（通常要低于Ag的熔点961℃）实现致密化。同时兼顾到元器件小型化与高性能的要求,对陶瓷材料的要求也各不相同,如电桥、陶瓷基板、巴伦等要求材料具有低的介电常数、低的损耗以及近零的谐振频率温度系数。因此,本文从电桥的设计需求出发,主要针对具有低介电常数,低损耗的Zn2SiO4微波陶瓷材料展开了研究。其介电常数介于5～7之间,Q*f值可达到219000GHz,但其烧结温度过高（1350℃）,无法使用Ag作为导体实施器件的制作,另外该材料的τf为较大的负值,因此还存在着难以保证器件工作时温度稳定性的问题。基于上述工程应用难点的问题,为了降低Zn2SiO4的烧结温度并优化材料的微波介电性能。本文主要在烧结过程中通过加入适量的B2O3作为助烧剂来降低烧结温度,同时采用缺Zn配方来抑制杂相的产生。为了改善温度稳定性,对具有正τf值的Ba3（VO4）2低介微波陶瓷材料开展了相关的掺杂优化与低温烧结特性研究,以期得到一种新型的温度补偿陶瓷材料。并将两组最优的配方按照一定比例复合,从而实现调整τf值近零的目标。首先,研究了助烧剂B2O3以及不同Zn含量对Zn2SiO4烧结特性及微波介电性能的影响。通过实验发现,Zn2SiO4陶瓷在950℃下烧结时能够实现致密化。表明B2O3能够有效的降低陶瓷烧结温度。同时,随着Zn含量的不断降低,SiO2的相逐渐消失,但在烧结过程中产生了第二相Zn（BO2）2,且随着Zn含量的降低,Zn（BO2）2杂相含量逐渐降低。当样品在950℃下完成烧结时,20wt%B2O3+Zn2-xSiO4-x在x=0.2 时有最佳的微波介电性能,εr=5.79,Q*f=47522.8GHz,τf=-23.8 ppm/℃。其次,为了优化Zn2SiO4的谐振频率温度系数,对具有正τf值的Ba3（VO4）2进行了研究。采用Co2+替代Ba2+的掺杂方案,其目的是为了改善Ba3（VO4）2的烧结特性及微波介电性能。实验结果表明,通过适量的Co2+替代,陶瓷的致密化温度降低至925℃。同时,随着Co2+取代量的增大,产生的第二相Ba2V2O7也呈现增多的趋势。Ba3-xCox（VO4）2样品在x=0.3时获得最佳的微波介电性能:εr=13.2,Q*f=54,063 GHz,τf=+18.7 ppm/℃。通过与Ag进行共烧的结果显示该陶瓷材料与Ag之间不发生任何反应或产生扩散现象。为了获得具有近零τf值的低温烧结微波介质陶瓷材料,在上述研究的基础上,选取性能最佳的20wt%B2O3+Zn1.8SiO3.8与Ba2.7Co0.3（VO4）3进行复合实验。实验结果显示,复合陶瓷能够在850℃下实现致密化,但在烧结过程中产生了新的杂相,导致材料的损耗在一定程度上受到了恶化。当Ba2.7Co0.3（VO4）3含量为60wt.%时,陶瓷的τf值被调整至近零,微波介电性能表现为:εr=9.85,Q*f=24532GHz,τf=+4.3ppm/℃。最后,为了验证材料的实际应用价值,以性能最佳的复合陶瓷为介质,采用LTCC工艺设计并制作了一款1.7GHz～2GHz的电桥。经过测试,电桥在通频带内耦合度S41=10±0.4dB,隔离度S31＞25dB,插入损耗S21＜0.5dB,各端口驻波比VSWR＜1.2。
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