[發明專利]在高頻范圍內作為電介質的微晶玻璃

有效

• 申請號: 201280058023.7
• 申請日: 2012-11-21
• 公開（公告）號: CN104024174B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 馬爾圖·霍夫漢尼相;馬丁·萊茨;戈登·基斯爾
• 申請（專利權）人: 肖特公開股份有限公司
• 主分類號: C03C10/00
• 分類號: C03C10/00;C03C4/16;H01B3/08
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 郭國清,穆德駿

技術領域

本發明涉及可在高頻范圍內(頻率>200MHz)，更特別地在千兆赫范圍內(頻率f>1GHz)作為電介質使用的微晶玻璃。

背景技術

對于高頻范圍內的一系列應用，需要組合極高的相對電容率ε與極低的介電損耗(tanδ)的特殊材料。為了一方面允許小天線構造且另一方面防止由使用者身體(稱為“身體荷載”)引起的近距離去諧，在天線、過濾器及其它裝置情形下介電充電具有特殊的意義。對于該目的需要如下的電介質，其在高頻范圍內具有ε≥15的高相對電容率，以及不超過10^-2、優選更低的低介電損耗(tanδ)。另外，共振頻率的溫度依賴度τ_f應該極低。最后，這類材料能夠極其簡單且經濟地加工以允許在有利的成本下近凈形。

在現有技術中已知一系列通過燒結操作加工的陶瓷材料。微晶玻璃同樣是已知的，參見，例如BiNbO₄體系，其公開在Mirsaneh等的“Circularly Loaded Dielectric-Loaded Antennas:Current Technology and Future Challenges”(圓形載荷的介電載荷的天線：當前的技術和未來的挑戰)，Adv.Funct.Materials(先進功能材料)18，(2008)，第1～8頁，其用于在千兆赫范圍內在介電充電天線情況下的應用。該材料可用于制造三種主要利用形式的天線：圓偏振DLA螺旋天線(D-LQH天線)和方形貼片天線以及SMD天線。為此目的，首先將具有如下組成的玻璃在1250℃下常規熔化2小時，該組成為30摩爾％的Bi₂O₃、30摩爾％的Nb₂O₅、30摩爾％的B₂O₃和10摩爾％的SiO₂。

將該玻璃澆注到圓柱形模具中，在500至520℃下減壓并緩慢冷卻到室溫。在這之后，然后在600℃至1000℃之間的多個溫度下結晶。對于天線應用在960℃下加熱處理的情況下，指定的最佳值是相對電容率ε為15，其中品質因數Q·f₀為15000GHz且共振頻率的溫度系數τ_f為-80MK^-1。在該情況下表征的結晶相基本為斜方晶BiNbO₄。

使用鉍和鈮的這種體系在原料方面費用浩大。

另外，存在一系列燒結的陶瓷材料(參見，US6,184,845B1、US2007/063902A1)。在其中被指定為用于介電充電D-LQH天線的陶瓷芯的介電材料是如下的燒結陶瓷材料，其具有約36的相對電容率且分別基于鈦酸鋯和基于鈦酸鋯錫。據稱通過擠制或壓制并然后燒結來制造該材料。

在M.T.Sebastian等的綜述，“Low loss dielectric materials for LTCC applications(用于LTCC應用的低損耗介電材料)”，International Materials Reviews(國際材料綜述)，第53卷，2008，第57～90頁中描述了其它燒結材料。雖然這些材料在一些情況下被確定為“微晶玻璃”，但它們事實上為燒結材料，因為它們通過燒結玻璃質和結晶粉末的混合物來制造。

US2002/0037804A1和US2004/0009863A1還公開了據稱形成不同晶相的介電陶瓷，例如CaTiO₃、SrTiO₃、BaTi₄O₉、La₂Ti₂O₇、Nd₂Ti₂O、Ba₂Ti₉O₂₀、Mg₂TiO₄、Mg₂SiO₄、Zn₂TiO₄等，據稱它們帶來高品質因數。這些同樣是燒結陶瓷。

通過燒結制造的電介質具有一系列缺點：每個燒結操作總是與特定的收縮相關聯，導致幾何誤差和相應的最終機械加工。另外，每個燒結操作都產生特定的殘余孔隙度，其在表面金屬化的情況下是不利的。金屬滲透孔隙且升高電介質的介電損耗。

此外，燒結材料的制造在根本上相對不便且費用浩大。