www.188betkr.com 讯微波介质陶瓷作为一种特定的功能陶瓷，能够在微波电路中充当电介质使用，是现代通信中的关键战略材料，广泛应用于通信、导航、雷达、卫星等领域，随着5G/6G和物联网技术的快速发展，市场对微波介质陶瓷的需求日益增长。同时这类材料需满足微波器件小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
通常为满足在实际情况下的应用，微波介质陶瓷材料需要适当的介电常数（εr），较低的损耗（即较高的Q值），近零的谐振频率温度系数（τf）。在微波介质材料的开发中，对于三个参数的准确测量尤为重要。其中，具有低介电常数（?r）和低损耗的介质陶瓷是毫米波通信的关键材料，它们作为电路基板，可以满足毫米波通信的高速率、低延迟的传输要求。
微波介质陶瓷三大参数
相对介电常数εr
在微波频率下，相对介电常数εr越大，以便器件小型化。目前，用于移动通信的相对介电常数（εr）≥60的介质陶瓷，毫米波、亚毫米波回路集成化的介质波导线路的εr≤30的介质陶瓷，是全球微波介质陶瓷的研究热点和难点。
随着5G商用化的逐渐扩大，针对6G不同技术路线的关键材料研发布局已经着手开展，迫切需要能够覆盖通信领域各个特殊频段使用要求的微波介质陶瓷。因不同体系的εr和表现差异明显，学者普遍根据介电常数不同将其大致划分为低、中、高介电陶瓷3种类型。
不同微波介质陶瓷应用情况
品质因数（Q）
高Q有利于获得良好的滤波特性及通讯质量，品质因数Q主要受介质损耗（tanδd）、欧姆损耗(tanδc)和辐射损耗(tanδλ)等三个因素影响。
Q-1=tanδd+tanδc+tanδλ
对于微波介质材料，tanδc与tanδλ可忽略，Q约与tanδd成反比关系。由于微波介质谐振腔要求tanδd小于10-4量级才有实用价值，所以材料研究中如何提高Q值是一个重要课题。
谐振频率温度系数τf
谐振频率温度系数（τf）是决定谐振器热稳定性的参数，反映了谐振频率随温度变化产生的漂移量。通信器件的工作环境温度是不断变化的，从而影响设备的使用性能，这就要求材料的谐振频率不能随温度的变化太大，通信使用要求接近0的τf。
在微波介质陶瓷的三个性能参数中，谐振频率温度系数对介质陶瓷影响较大，它直接决定介质陶瓷能否使用，所以谐振频率温度系数能否接近0是研究者最关心的问题。但在实际应用中，大部分微波介质陶瓷的谐振频率温度系数往往具有一个负的τf值，而不能达到理想的0。
为了维持一个较低的水平，可以通过引入少量具有正的值的材料如TiO2，对其负值进行补偿。就本质上而言，谐振频率温度系数由下式组成:
其中，τε是介电常数温度系数；αL是陶瓷材料的线膨胀系数，可视为常数。Bosman等人根据C-M方程推导出τε的公式：
其中，A表示体积随温度的变化率；B表示极化率随体积和温度的变化；C表示体积恒定时，极化率随温度变化的关系。A+B表示材料热膨胀效应的总和，其值为2~10 ppm/℃。因此材料的τε值主要由C来决定。
西安交大周迪教授等人在Harrop和Wersing等人的基础上进一步总结了微波介质陶瓷中谐振频率温度系数与介电常数之间的关系。从图中可以看出，虽然没有表现出很明显的规律性，但整体上来说，介电常数高的材料普遍表现出较大的正谐振频率温度系数，只有低介电常数的材料才更可能具有负的谐振频率温度系数。
谐振频率温度系数与相对介电常数之间的关系
除了材料本身的性能参数，制备工艺也对微波介质陶瓷的性能至关重要。
LTCC是微波介电陶瓷制备的主流技术
低温共烧陶瓷（LTCC）技术以其优异的热、电性能和先进的制备工艺成为有源/无源元器件封装的主流，广泛地用于电子器件和电路封装。低温共烧陶瓷技术融合了厚膜技术和高温共烧陶瓷技术的优点，可与低熔点高导电性的金属电极（Ag、Al、Au等）共烧，提高多层电子器件的性能；介电常数小，损耗低，微波性能好；烧结温度低，能耗少；还可多层排布，厚度可控，集成度高；经济环保，应用前景广阔。
根据材料的不同，LTCC材料的介电常数可在很大范围内变化，增加了电路设计的灵活性。LTCC工艺中所应用的微波介质陶瓷要比PCB印刷电路板中所用的树脂材料有着更低的介质损耗，具有非常优良的高频特性。所以，当与有着高电导率的金属电极共烧之后，整体模块也会保持着很低的损耗。另外，与树脂材料等有机物相比，陶瓷材料有着相对较低的热膨胀系数，这就更加提高了元器件包装过程中的可靠性。正是因为以上所述的种种优点，LTCC技术正逐渐成为高频基板和集成器件应用的首选方法。
目前，有关于微波介质陶瓷低温共烧研究已经得到了广泛的关注，不同体系的微波介质陶瓷材料适用的低温共烧方法也得到了探索。在此背景下，www.188betkr.com将在广东东莞举办“第八届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”。届时，西安交通大学电子科学与工程学院副院长周迪将带来《面向微波毫米波用信息功能陶瓷/玻璃研究进展》，报告将从微波/毫米波介质陶瓷的三大性能参数入手，围绕材料的结构-组分-性能关系，介绍课题组在高品质因数微波介质陶瓷、（超）低温共烧陶瓷技术（LTCC）领域近年来的一些新颖成果，以及面向5G/6G技术微波介质陶瓷/玻璃在具体原型器件中的应用。
报告老师简介：
周迪，教授、博士生导师，山东泰安人。现任西安交大电信学部电子科学与工程学院副院长/电子材料党支部书记/多功能材料与结构教育部重点实验室副主任。在微波介质材料结构性能调节、低温共烧陶瓷技术应用、储能电介质新型介质谐振器设计等方面取得一系列新颖的研究成果，在国际知名期刊发表科技论文300余篇，总引用次数19000余次（H=79）。曾获科睿唯安全球高被引科学家，中国材料研究学会自然科学一/二等奖，中国电介质物理专委会优秀青年奖(A类)，中国研究生电子设计竞赛全国总决赛优秀指导教师奖，全国优秀博士论文提名等荣誉。主持国家重点研发、自然科学基金、华为公司/深圳麦捷微电子横向课题等。现任美国陶瓷学会会刊副编、材料研究快报编委、先进电介质副编、国际应用陶瓷技术杂志副编、ACS应用材料与界面杂志顾问委员会成员、中国电子学会高级会员、电气与电子工程师协会高级会员（IEEE Senior Member）、中国电子学会元件分会委员。
来源：
周迪：新型铋基低温烧结微波介质陶瓷研究
陈国华等：低温共烧低介电常数微波介质陶瓷的研究进展
许翔宇等：微波介质陶瓷测试技术及相关体系研究进展
（www.188betkr.com 编辑整理/空青）
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