【摘 要】
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随着大型计算机、人造卫星、移动基站、便携式电子设备、车载电子系统及医疗电子等的迅速发展,促进了微波介质陶瓷的发展;随着对电子器件和系统的高频化、高集成化、小型化、高可靠性、高性能及多功能等要求越来越高,低温共烧陶瓷（LTCC）技术由传统的高温烧结陶瓷（HTCC）发展而来,LTCC技术是实现这些需求的重要手段。LTCC具有介电常数多样化、介质损耗低及烧结温度低等特点,能与电阻率低的银共烧是其相对HT
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随着大型计算机、人造卫星、移动基站、便携式电子设备、车载电子系统及医疗电子等的迅速发展,促进了微波介质陶瓷的发展;随着对电子器件和系统的高频化、高集成化、小型化、高可靠性、高性能及多功能等要求越来越高,低温共烧陶瓷（LTCC）技术由传统的高温烧结陶瓷（HTCC）发展而来,LTCC技术是实现这些需求的重要手段。LTCC具有介电常数多样化、介质损耗低及烧结温度低等特点,能与电阻率低的银共烧是其相对HTCC明显的优势。开发更多具有极低介质损耗的LTCC是研发的方向之一,但是实际应用中要求微波介质具有近零的谐振频率温度系数（τf）,目前没有通用且有效的方式来兼顾介质损耗与τf,通常调节τf后其介质损耗显著增大。部分LTCC体系是由HTCC添加助熔剂开发而来,而开发固有烧结温度低且不需要添加助熔剂的优秀LTCC体系可以降低材料制备的复杂性,减小材料向工业生产转化的难度。本文选择固有烧结温度为925°C的Zn3B2O6陶瓷为基本研究对象,希望通过离子取代的方式进一步降低其微波介质损耗并且保持烧结温度在900°C附近,开发出新的不需要添加助熔剂且具有极其介质损耗的LTCC体系,特别研究了优化后的体系与部分具有正τf值的陶瓷复合的化学兼容性、烧结特性等。样品的制备使用传统的固相反应法,从物相组成、晶体结构、微观形貌、微波介电性能、键能及键价等方面研究LTCC的微波介电性能与这些特性的关系。以下是简要的研究内容及结论:研究Li+对Zn3-xLi2xB2O6（0≤x≤0.3）低温烧结陶瓷的微波介电性能等的影响,发现适量Li+可明显降低微波介质损耗,略微改善谐振频率的温度稳定性,但是过量的Li+会与使陶瓷产生新物相Li BO2,这一物相使介质损耗急剧增大。主物相的键能和平均B-O键价与τf成负相关的关系。在850°C烧结3小时的Zn2.99Li0.02B2O6具有低损耗的特点,其微波介电性能为:εr=6.55,Q×f=122030 GHz,τf=-76.86ppm/°C。研究Co2+对Zn3-xCoxB2O6（0≤x≤0.25）低温烧结陶瓷的微波介电性能等的影响,发现Co2+能取代晶体结构中Zn2+的位置从而形成固溶体,适量的Co2+促使晶粒生长更均匀和紧密、显著降低介质损耗,主物相的键能、平均B-O键价与τf具有正相关的关系。在875°C烧结4小时的Zn2.925Co0.075B2O6具有极低的微波介质损耗,其微波介电性能为:εr=6.79,Q×f=140402 GHz,τf=-87.42 ppm/°C。研究Cu2+对Zn3-xCuxB2O6（0≤x≤0.12）低温烧结陶瓷的微波介电性能等的影响,发现Cu2+与Co2+类似,能取代晶格中Zn2+的位置从而形成固溶体,Cu2+具有增大晶粒尺寸的作用,适量的Cu2+能显著降低微波介质损耗、稍微改善谐振频率的温度稳定性,主物相的键能与τf的变化趋势成正相关。低温烧结下物相Zn3（BO3）2与Ag的化学兼容性好。在850°C烧结的Zn2.96Co0.04B2O6具有超低的微波介质损耗,其微波介电性能为:εr=6.64,Q×f=160887 GHz,τf=–42.76 ppm/°C。研究Zn2.96Co0.04B2O6与Ca Ti O3、Sr0.8Ca0.2Ti O3、Ti O2复合后的物相组成、微波介电性能、烧结特性等,发现Sr（1–y）CayTi O3（0≤y≤1）体系不适用于调节主物相为Zn3（BO3）2的微波陶瓷的τf。Ti O2与Zn2.96Co0.04B2O6复合后虽然能有效地调节τf,但是物相组成会被改变,微波介质损耗急剧降低,Ti O2也不适用于调节主物相为Zn3（BO3）2的微波陶瓷的τf。选择Zn2.94Co0.06B2O6作为介质层设计了一款通带为2.4～2.5 GHz的LTCC带通滤波器,带内插损小于1.4 dB,回波损耗大于25 dB。
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