PCB科技 - 什麼是微波介質陶瓷和微波介質陶瓷的製備方法？

1 What is microwave dielectric ceramics
Microwave dielectric ceramics 電路板 refers to a new type of ceramic functional 材料 used in microwave frequency circuits (mainly in the 3.00MHz ~ 300GHZ frequency band).
在微波頻段, 各種極化機制是穩定的, 資料的介電常數基本上不隨頻率變化. 因此, 根據介電常數的大小, 它可以分為3類：低介電, 中高介電常數.
低介電微波介質陶瓷系統，如Al2.O3-TiO2系列和鈦酸鎂系列，由於其高品質因數，被用於對介電損耗有嚴格要求的領域, 例如衛星通信, 軍用雷達, 等.
Intermediate microwave dielectric ceramic systems such as (Zr, Sn) TIO4 have high Q value 諧振頻率溫度係數低, 可用於製備介質諧振器，以解决窄帶諧振器的頻率漂移問題.

高介電微波介質陶瓷可以促進微波通信設備和諧振器的小型化和集成化, 廣泛應用於高容量集成電路和低頻通信設備中.
微波介質陶瓷粉不是單一資料, 而是多種資料按比例混合的資料系統. 在準備過程中, 還添加了稀土氧化物. 許多研究表明，摻雜適量的稀土元素可以改善微波介質的燒結效能, 陶瓷的密度和介電效能.

2. Preparation method of microwave dielectric ceramics
The production methods of microwave dielectric ceramic 材料 include solid-phase reaction method, 溶膠-凝膠法, 水熱法, 沉澱法等.
1) Solid phase reaction method The solid phase reaction method is a traditional process method, 具有成熟工藝的優點, 操作簡單, 和高性價比. 它適合大規模生產，是現時工業生產中最常用的方法. 然而, 其缺點是燒結溫度高, 易形成第二相和局部晶粒异常生長, 影響微波介電效能.
2) Sol-gel method The sol-sol method uses a metal complex solution and an inorganic salt to form a transparent sol at a specific pH value, 然後煆燒以除去有機成分，以獲得均勻的, 極細的顆粒原始粉末大大提高了均勻性, 陶瓷成分的均勻性和緻密性, 大大降低陶瓷燒結溫度，縮短燒結週期, 可以减少或避免第二相的形成, 然而，這有利於改善資料, 粉末成本相對較高, 這個過程很複雜, 工藝參數不易控制, 生產週期長, 很難實現工業化.
3)Hydrothermal method The 熱液 method is the reaction carried out in a sealed pressure vessel, 以水溶液為介質, 粉末的形成經歷了溶解到結晶的過程, 不需要昂貴的醇鹽, 許多資料可以在低溫下直接合成, 避免晶粒長大, 老化引起的缺陷和雜質侵入.
4) Precipitation method Precipitation method uses the soluble metal salts of each component element to form a solution in a certain proportion, 添加適量沉澱劑，使金屬離子均勻沉澱, 並通過調節溶液的濃度和pH值來控制粉末的效能. 煆燒後, 獲得了均勻的氧化物混合物. 方法簡單, 易於規模化生產, 而且成本低, 但團聚或成分不均勻會影響介電效能.
粉末資料的製備過程在科技上很困難. 例如, 以碳酸鋇為原料的水熱法包括溶解, 鈦醯化, 乾燥, hydrothermal, 和重新乾燥過程. 不合理的酸堿控制和雜質生成會損壞粉末. 質量最終影響篩檢程式的效能.

3. Material requirements for 5G ceramic dielectric filters
Microwave dielectric ceramics are widely used. 由於其良好的微波介電效能，如低高頻介電損耗, 中等介電常數, and low temperature coefficient of resonance frequency, 它們可以用作電介質基板, 介質天線, 介質諧振器, 和介質濾波器, 等.
5G陶瓷介質濾波器中的電磁波諧振發生在陶瓷介質資料內部, 囙此，對微波介質陶瓷材料的效能提出了更高的要求. 微波陶瓷的介電性能指標主要是介電常數, 品質因數Q, 和諧振頻率溫度. Three coefficients:
1) Suitable dielectric constant; high dielectric constant can realize the filter size and miniaturization design, 但介電常數越高並不越好, 介電常數過高會影響傳輸損耗, 囙此，需要考慮濾波器的設計要求來選擇合適的介電常數. 微波介質陶瓷的介電常數主要取決於資料結構中的晶相和製備過程.
2) High quality factor Q, 低介電損耗； 品質因數Q越高, 通帶越窄, 電路選擇性越好, 過濾功能越好. Q值與介質損耗tanδ成反比. Q值越大, 濾波器插入損耗越低. 資料結構均勻, 高密度, 均勻晶粒生長, 减少雜質和缺陷可以提高Q值.
3) Near-zero adjustable temperature coefficient of resonance frequency. 諧振頻率的溫度係數接近零，以實現濾波器的高穩定性和高可靠性. 頻率的溫度係數主要由資料的線膨脹係數和介電常數决定.
陶瓷粉末决定了介質濾波器的效能, 粉末的配方和製備更加困難. 只有具有良好的資料配方，我們才能在一定的使用條件下獲得高Q介電陶瓷. 可以說，我們自己的粉末配方是陶瓷篩檢程式製造商的核心競爭力. 粉末製劑的篩檢程式製造商可以通過購買原材料自行製備製劑, 避免從粉末製造商處採購, 這不僅節省了成本, 還可以根據客戶定制的要求更輕鬆地調整篩檢程式的相關參數.