宽频微波介质材料工程制备与应用

1 引言

微波毫米波新材料为雷达、通信等高端微波技术的发展，提供了良好支撑与保障。南工大是国内最早从事微波新材料研发的单位之一，在国家863、国防新材料资助下，长期致力于新型微波陶瓷系列介质与元件、微波毫米波复合介质与电路基板、宽频无源集成低温共烧材料的研发、工程化化制备及其批量应用。论文围绕微波陶瓷、复合基板、LTCC 瓷料研究1-8，介绍了三大类微波新材料的微观结构及批量产品性能数据，为推进微波新材料在雷达、通信等诸多高频微波毫米波领域的应用，提供关键基础材料支持。

2 微波复合介质材料与金属化基板

微波电路基板有①单晶类，砷化镓等；②刚玉陶瓷、高导热氮化铝类； ③ 复合介质类， 如RogersRT、TMM 等基板。复合介质基板在性能、可靠性、大面积加工等方面均有独特优势。Rogers、Taconic 等聚四氟基复合介质基板产品，深受微波电路设计专家青睐。南工大96 年专注PTFE 复合纤维增强陶瓷2.20-15.0 系列介电常数介质基板研制、工程化制备及其多型号应用产品图1、2 所示。

微波复合介质与基板主要性能如表1 所示。

图3 为PTFE 基复合纤维增强陶瓷介质材料SEM 典型微观结构照片。微观结构表明：微波介质纤维增强陶瓷料分散均匀、颗粒大小均匀、复合致密，无任何气孔空隙。

3 高Q 微波陶瓷系列介质与元器件

依据微波陶瓷相对介电高低分为低介、中介、高介陶瓷，微波陶瓷介质低损耗及其频率温度系数在零附近可调，一直是材料研制的重点，同时也是确保微波器件低插损，微波系统高品质高稳定的重要保障。图4、5 分别为某型号用高Q 天线低介陶瓷件及其为微波铁氧体匹配用低损耗中高介陶瓷管。

陶瓷微观结构致密、晶粒大小均匀。

NHT 系列微波陶瓷介质主要性能如表2 示

4 LTCC 瓷料、生料带与多层匹配共烧

国内微电路封装线一直依赖进口美国FERROA6与DUPONT951 等生瓷料带，设计制造MCM等模块电路。南工大十多年来一直潜心研究开发与A6 等效的Ca-Si-B 系玻璃、与951 等效的Ca-M-Si-B-Al 系玻璃/陶瓷复合材料、NiZnCu 系铁氧体及其高频大叠加电流片电感器，系统研究了多元组成—多环节精细制备工艺—微观结构—综合性能之间关系规律，获得了多项实用成果。图7、8 分别为介电常数5.95 流延生瓷料带，以及13 所对我们所供瓷料制备的低温共烧多层封装模块。13 所对我们的瓷料与A6 料，在颗粒特性、流延性能、烧结收缩、瓷体强度、微电路共烧匹配及其剥离强度等综合性能进行了全方位的比较测试与考核评价。

图9、10、11 分别为NG780 流延生瓷料带、低温共烧多层微电路模块，以及典型瓷体的微观结构SEM 照片。从图看出，生瓷料带上下表面光顺；大面积多层叠合共烧瓷体结构致密、XYZ 轴收缩均匀、与印刷的金属微电路匹配性优异，平整度好。

5 结论

本文对研究开发工程化的微波新材料结构、主要性能及实物应用图片等进行系统论述，为国防科研生产许可单位， 产品贯国军标， 企业标准QB/NGDJ-W-003-2004，获国防科技进步二等奖，江苏科技二等奖，中国石油和化工联合会技术发明一等奖。

致谢：长期研发过程得到南京14 所、55 所、

兵器214 所、清华大学等支持，在此表示感谢！

参考文献

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