低溫共燒(LTCC)鐵電-鐵磁復(fù)合材料與器件研究.pdf

1、隨著信息和通訊技術(shù)的高速發(fā)展，整機(jī)和系統(tǒng)的小型化、輕量化和多功能化程度進(jìn)一步提高，這同時(shí)對(duì)材料、設(shè)計(jì)和集成技術(shù)都提出了更高的要求。面對(duì)這一新的挑戰(zhàn)，復(fù)合材料在功能集成上的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。鐵電/鐵磁復(fù)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(jié)構(gòu)、功能器件的設(shè)計(jì)拓寬思路。與此同時(shí)，低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)以其優(yōu)異的電子、熱機(jī)械和互聯(lián)等特性逐漸成為目前無(wú)源集成的主流方式。鐵電/鐵磁復(fù)合

2、材料與LTCC技術(shù)結(jié)合不僅有助于解決目前LTCC材料種類(lèi)單一，性能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)系列化的問(wèn)題，還能用單一材料同時(shí)實(shí)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(shí)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(gè)鐵電/鐵磁復(fù)合材料體系的低溫?zé)Y(jié)和性能研究展開(kāi)。首先用固相反應(yīng)法，以Bi2O3助熔，實(shí)現(xiàn)了

3、低鐵電相含量BTO/NCZF復(fù)相陶瓷在950oС以下的致密化。在與兩相比例相同的CaTiO3/NCZF復(fù)相陶瓷進(jìn)行性能對(duì)比的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論修正建立了可以預(yù)測(cè)低溫?zé)Y(jié)復(fù)相陶瓷磁性能和介電性能的計(jì)算模型，同時(shí)研究了燒結(jié)溫度和介電相含量對(duì)復(fù)合體系磁化機(jī)制的影響。其次，分別采用軟化學(xué)方法、多元低熔點(diǎn)氧化物摻雜以及低熔點(diǎn)玻璃相物質(zhì)助熔的方法成功制備了900oС燒結(jié)的 BTO/NCZF復(fù)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(fù)合體系的介電損耗，但對(duì)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(lèi)粉體能更有效地減小復(fù)合體系的間隙參數(shù)，從獲得更高的磁導(dǎo)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(shí)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(shí)的??=12~14，截止頻率488MHz。按照上述的兩相比例，進(jìn)一步研究了B2O3

5、-Bi2O3-SiO2-ZnO(BBSZ)玻璃添加量對(duì)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(shí)帶外抑制20dB，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。此外，還借助前面提出的計(jì)算模型對(duì)各種方法制備的BTO/NCZF復(fù)合體系的性能隨組分變化規(guī)律進(jìn)行了研究。最后，采用低熔點(diǎn)Bi4Ti3O12鐵電陶瓷替換BaTiO3，研究了