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ZnO-Nb₂O5-TiO₂系微波介质陶瓷低温烧结特性的研究

作　者: 张岭
导　师: 姜胜林
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: LTCC ZnO-Nb2O5-xTiO2 掺杂改性助烧剂微波介电性能
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

低温共烧陶瓷（LTCC）技术是目前实现各种微波介质陶瓷元器件微型化、模块化的最佳途径。为满足LTCC工艺及微波元器件实际应用的要求,微波介质陶瓷正朝着低烧结温度、高品质因数及低谐振频率温度系数的方向发展。ZnNb2O6陶瓷因其高Qf值（83700 GHz）而引起研究人员的广泛关注。但是,它的介电常数较低（εr = 25）,谐振频率温度系数呈较大的负值（τf = -56 ppm/℃）,而且烧结温度偏高（1150℃）,未达到可与Ag、Cu等电极材料共烧的要求。针对以上情况,本文首先添加具有高εr（100）和高τf（400 ppm/℃）的TiO₂来提高陶瓷εr,同时调节τf,使其呈现合适的正值。最后得到,ZnO-Nb2O5-2TiO₂陶瓷烧结温度为1125℃,εr = 46.79,Qf = 13481 GHz,τf = 57.3 ppm/℃。接着,本文依次掺杂SnO₂、MnO₂对ZnO-Nb2O5-2TiO₂陶瓷进行改性。结果表明,SnO₂和MnO₂均可抑制材料中第二相的生成,并在一定程度上提高Qf值,降低τf值,同时,MnO₂的添加还可将陶瓷的烧结温度降低到1060℃左右。其中,ZnO-Nb2O5-1.92TiO₂-0.08SnO₂陶瓷烧结温度为1125℃,εr = 47.84,Qf = 16533 GHz,τf = 23.4 ppm/℃;ZnO-Nb2O5-1.91TiO₂-0.08SnO₂-0.01MnO₂陶瓷烧结温度为1060℃,εr = 44.13,Qf = 17050 GHz,τf = 15.7 ppm/℃。最后,本文分别采用ZnO-B₂O₃（1:1）和BaO-CuO-B₂O₃（1:1:1）两种玻璃助烧来降低ZnO-Nb2O5-1.91TiO₂-0.08SnO₂-0.01MnO₂陶瓷的烧结温度。结果表明,BaO-CuO-B₂O₃玻璃对陶瓷的助烧效果远好于ZnO-B₂O₃玻璃。当ZnO-B₂O₃玻璃添加量为4 wt.%时,陶瓷可在930℃烧结,微波介电性能为:εr = 41.2,Qf = 8120GHz,τf = -18.9 ppm/℃;而当BaO-CuO-B₂O₃玻璃的添加量为3 wt.%时,陶瓷烧结温度为850℃,εr = 40.51,Qf = 18082 GHz,τf = -13.5 ppm/℃,具有良好的LTCC应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 引言  8-9
  1.2 微波介质陶瓷的发展趋势及研究现况  9-10
  1.3 中介电常数低温烧结微波介质陶瓷的研究现况  10-15
  1.4 课题的提出与研究内容  15-17
2 TiO_2 含量变化对ZNTx 微波介质陶瓷的影响  17-25
  2.1 引言  17
  2.2 实验方法  17-19
  2.3 ZNTx 微波介质陶瓷的相组成及烧结特性研究  19-21
  2.4 TiO_2 含量变化对ZNTx 陶瓷微波介电性能的影响  21-24
  2.5 小结  24-25
3 ZNT 系微波介质陶瓷的掺杂改性  25-36
  3.1 引言  25-26
  3.2 SnO_2 掺杂对ZNT 微波介质陶瓷的影响  26-30
  3.3 MnO_2 掺杂对ZNTS 微波介质陶瓷的影响  30-35
  3.4 小结  35-36
4 烧结助剂对ZNTSM 微波介质陶瓷的影响  36-47
  4.1 引言  36-37
  4.2 实验方法  37
  4.3 ZB 对ZNTSM 陶瓷烧结行为及相组成的影响  37-39
  4.4 ZB 对ZNTSM 陶瓷微波介电性能的影响  39-41
  4.5 BCB 对ZNTSM 陶瓷烧结行为及相组成的影响  41-43
  4.6 BCB 对ZNTSM 陶瓷微波介电性能的影响  43-46
  4.7 小结  46-47
5 结论与展望  47-50
  5.1 全文总结  47-48
  5.2 展望  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-55
附录1 攻读学位期间发表的论文  55

ZnO-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷低温烧结特性的研究

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