LTCF無源集成鐵氧體材料及器件研究.pdf

1、LTCF(Low Tremperature Co-fired Ferrite)材料和器件技術(shù)可以滿足現(xiàn)代電子系統(tǒng)小型化、輕量化和集成化的發(fā)展要求，目前已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ臒o源集成技術(shù)。 本論文主要針對LTCF無源集成鐵氧體材料和器件展開研究，首先從燒結(jié)熱力學(xué)理論和傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)理論角度分析了影響低溫?zé)Y(jié)鐵氧體材料燒結(jié)性能的關(guān)鍵因素；然后分別采用氧化物法和溶膠-凝膠法進(jìn)行了ZL120型低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體材料的研制，通過對材料配

2、方設(shè)計(jì)、摻雜方案以及制備工藝途徑的對比實(shí)驗(yàn)和優(yōu)化改進(jìn)，研制出了高性能的低溫?zé)Y(jié)鐵氧體材料，在此基礎(chǔ)上，借助HFSS和ADS軟件進(jìn)行了片式電感、電容以及LC濾波器的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能仿真；最后，采用研制的低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體材料并基于優(yōu)化的片式器件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在LTCC工藝線上進(jìn)行了片式電感和LC組合濾波器的實(shí)際研制，取得了較為滿意的效果，為LTCF無源集成鐵氧體材料及器件技術(shù)的研究奠定了很好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 在低溫?zé)Y(jié)NiC

3、uZn鐵氧體材料研制過程中，本文首先研究了主配方中CuO含量對材料燒結(jié)特性、微觀形貌以及電磁性能的影響，確定當(dāng)主配方中CuO含量為10mol％時(shí)能較好的兼顧材料低溫?zé)Y(jié)和高電磁性能的目標(biāo)要求。然后通過對比實(shí)驗(yàn)研究了V2O5、SiO2、Bi2O3等低熔氧化物摻雜對NiCuZn材料燒結(jié)特性和電磁性能的影響。隨后，在V2O5和Bi2O3摻雜的基礎(chǔ)上，復(fù)合摻入WO3和Co2O3以進(jìn)一步提升材料的品質(zhì)因數(shù)。最終確定當(dāng)摻雜組合方式為1wt％Bi2O

4、3+0.2wt％Co2O3時(shí)能獲得最佳的材料電磁性能，滿足ZL120型低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體材料的研制目標(biāo)要求。為了和氧化物法低溫?zé)Y(jié)鐵氧體研制工藝途徑加以對比，本論文還采取溶膠．凝膠法進(jìn)行了ZL120型低溫?zé)Y(jié)NiCuZn鐵氧體的試制研究。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，借助溶膠．凝膠法制備超細(xì)鐵氧體微粉的高表面自由能，同樣可以顯著的促進(jìn)材料的低溫?zé)Y(jié)并獲得較好的電磁性能。由于材料制備過程中未進(jìn)行任何低熔氧化物的摻雜，因此材料的燒結(jié)密度和磁導(dǎo)率都稍

5、低于氧化物法摻雜制備的樣品，但卻能夠獲得更高的品質(zhì)因數(shù)。 在進(jìn)行LTCF無源片式器件研究過程中，本論文首先借助Ansoft-HFSS和Agilent-ADS軟件對LTCC電感、電容進(jìn)行三維建模和電磁場仿真。研究了片式電感模型中各個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對電感性能的影響，并推導(dǎo)出了在特定片式電感結(jié)構(gòu)參數(shù)下，其電感量與繞匝數(shù)之間的計(jì)算關(guān)系為Leff=116.25×N1.67nH。隨后，在片式電感和電容的研究上，進(jìn)行了一款LTCC復(fù)合片式器件一抗E