資料來源于：艾邦陶瓷與粉末冶金展 2019-08-09

陶瓷介質(zhì)濾波器具有尺寸小、重量輕、Q值大等優(yōu)點(diǎn)，在5G領(lǐng)域的應(yīng)用占有絕對優(yōu)勢，發(fā)展?jié)摿薮?，而生產(chǎn)陶瓷介質(zhì)濾波器的關(guān)鍵材料就是微波介質(zhì)陶瓷。

一、何為微波介質(zhì)陶瓷

微波介質(zhì)陶瓷是指應(yīng)用于微波頻段電路（主要是300MHz~300GHZ頻段）中的一種新型陶瓷功能材料。

在微波頻段下，各種極化機(jī)制穩(wěn)定，材料的介電常數(shù)基本不隨頻率的變化而變化，因此根據(jù)介電常數(shù)的大小可將其歸為低介、中介和高介3大類。

• 低介微波介質(zhì)陶瓷體系如Al₂O₃-TiO₂系和鈦酸鎂系列等，因其高品質(zhì)因數(shù)而被應(yīng)用于對介質(zhì)損耗要求比較嚴(yán)格的領(lǐng)域，如衛(wèi)星通訊、軍用雷達(dá)等方面

  
  
  

• 中介微波介質(zhì)陶瓷體系如(Zr,Sn)TiO₄系具有高Q值，低諧振頻率溫度系數(shù)，可用于制備介質(zhì)諧振器解決窄帶諧振器的頻率漂移問題。

  
  
  

• 高介微波介質(zhì)陶瓷能促進(jìn)微波通訊設(shè)備、諧振器的小型化和集成化，在高電容量的集成電路中以及低頻下工作的通訊設(shè)備中應(yīng)用廣泛。

  

  微波介質(zhì)陶瓷粉體并不是單一的材料，而是多種材料按比例混合的材料體系，而在制備的過程中，還會(huì)添加稀土氧化物，眾多研究說明適量稀土元素的摻雜可改善微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)性、致密度以及介電性能。

  二、微波介質(zhì)陶瓷的制備方法

   

  微波介質(zhì)陶瓷材料生產(chǎn)方法有固相反應(yīng)法、溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法等。

   

  1.固相反應(yīng)法

  
  
  

  固相反應(yīng)法是一種傳統(tǒng)的工藝方法，具有工藝成熟，便于操作，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，適用于批量生產(chǎn)，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)采用最多的方法。但其存在燒結(jié)溫度較高，容易形成第二相和局部晶粒異常長大等缺點(diǎn)，影響微波介電性能。

   

   

  2.溶膠-凝膠法

  
  
  

  溶膠-溶膠法是通過金屬絡(luò)合物溶液與無機(jī)鹽在特定的pH值下，形成透明溶膠，再將其煅燒除去有機(jī)成分，便可得到均勻的、顆粒很細(xì)的原始粉末，在很大程度上提高了瓷料組成的均勻性、結(jié)構(gòu)均勻性和結(jié)構(gòu)致密性，大大降低了陶瓷燒結(jié)溫度并縮短燒結(jié)周期，可減少或避免第二相的生成，有利于提高材料的介電性能，但其粉料成本較高，工藝復(fù)雜，工藝參數(shù)不易控制，生產(chǎn)周期較長，較難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

   

  3.水熱法

  
  
  

  水熱法是反應(yīng)在密封的壓力容器中進(jìn)行，以水溶液為介質(zhì)，粉末的形成經(jīng)歷溶解到結(jié)晶的過程，無需昂貴的醇鹽，很多材料在低溫下就可以直接合成，避免由于預(yù)燒所造成的晶粒長大、缺陷和雜質(zhì)侵入。

   

  4.沉淀法

  
  
  

  沉淀法是利用各組分元素的可溶性金屬鹽類按一定比例配置成溶液，加入適量的沉淀劑使金屬離子均勻沉淀，通過調(diào)節(jié)溶液的濃度和pH值等來控制粉體的性能，煅燒后得到氧化物的均勻混合體。方法簡單，易于規(guī)模化生產(chǎn)，成本低，但會(huì)產(chǎn)生團(tuán)聚或組分不均勻影響介電性能。

   

  粉體材料制備過程具有技術(shù)難度，如以碳酸鋇為原料的水熱法包括溶解、鈦酰化、干燥、水熱、再次干燥等過程，酸堿控制不合理、 生成雜質(zhì)等都將損害粉體質(zhì)量，最終影響濾波器的性能。

  三、5G陶瓷介質(zhì)濾波器對材料的要求

   

  微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用廣泛，因具有高頻介電損耗低，介電常數(shù)適中，諧振頻率溫度系數(shù)小等良好的微波介電性能，可用作微波電路的介質(zhì)基片、介質(zhì)天線、介質(zhì)諧振器、介質(zhì)濾波器等。

   

  5G陶瓷介質(zhì)濾波器中的電磁波諧振發(fā)生在陶瓷介質(zhì)材料內(nèi)部，因此對于微波介質(zhì)陶瓷材料的性能提出更高的要求，微波陶瓷的介電性能指標(biāo)主要是介電常數(shù)、品質(zhì)因數(shù)Q、諧振頻率溫度系數(shù)三個(gè)：

   

  1.適合的介電常數(shù)；

  
  
  

  高介電常數(shù)可實(shí)現(xiàn)濾波器尺寸小型化設(shè)計(jì)，但介電常數(shù)并不是越高越好，介電常數(shù)過高會(huì)影響輸送損失，因此需考慮濾波器的設(shè)計(jì)要求來選擇合適的介電常數(shù)。微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)主要取決于材料結(jié)構(gòu)中的晶相和制備工藝。

   

  2.高的品質(zhì)因數(shù)Q，低的介電損耗；

  
  
  

  品質(zhì)因數(shù)Q越高，通頻帶越窄，電路選擇性越好，能實(shí)現(xiàn)更好的濾波功能。Q值與介電損耗tanδ成反比關(guān)系，Q值越大，濾波器插損越低。材料結(jié)構(gòu)均一，高致密，晶粒生長均勻，減少雜質(zhì)和缺陷可提高Q值。

   

  3.近零可調(diào)的諧振頻率溫度系數(shù)。

   

  諧振頻率溫度系數(shù)接近于零可實(shí)現(xiàn)濾波器的高穩(wěn)定性和高可靠性，頻率溫度系數(shù)主要由材料的線性膨脹系數(shù)和介電常數(shù)決定。

   

  陶瓷粉體決定了介質(zhì)濾波器的性能，粉體的配方與制備的難度較高。只有擁有好的材料配方才能獲得在一定使用條件下的高Q值介質(zhì)陶瓷，可以說自有粉體配方是陶瓷濾波器廠商的核心競爭力。粉體配方的濾波器廠商可以通過采買原材料自行調(diào)配，免于向粉體廠商采買，不僅節(jié)約成本費(fèi)用，更便于根據(jù)客戶定制化要求對濾波器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。目前國內(nèi)已有多家濾波器廠商研發(fā)出陶瓷粉體的獨(dú)家配方，包括艾福電子、燦勤科技、國華新材料、武漢凡谷、佳利電子、嘉康電子等；陶瓷粉體相關(guān)企業(yè)有村田、京瓷、金川電子、華星電子、國瓷等。