鈦酸釤釹鋇微波介電材料之製備與應用之研究

Abstract

近年來，由於高頻通訊元件快速發展，輕薄短小為現今元件之重要研究目標；為了要增加高頻的應用範圍、降低其生產成本、並達到體積的微小化，高介電常數及低損失因子等特性的需求更為迫切。其中，生產成本的降低是工業製造的最重要考量因素，而積層電容中的電極材料的成本佔總成本很大的部份，目前工業上最常用的內電極材料為鈀(Pd) 電極或銀-鈀(Ag-Pd) 電極，因此降低燒結溫度便為發展介電材料的重要趨勢，使其能夠和低耗損且低成本金屬如銀、銅或金等進行低溫共燒，是非常迫切需要的。本論文針對上述之方向做了下列三大部分進行探討與研究： 一、高介電常數及低損失因子之微波介電陶瓷材料備製 1. 嘗試在介電特性優良的鈦酸鋇釹釤介電材料中，加入適當的玻璃(Al2O3-doped glass) 以降低其燒結溫度，且依然擁有很好的微波特性。結果顯示，燒結溫度由1350℃降到1250℃，品質因子 (Q× f ) 由6000 GHz 提高至8700 GHz (at8 GHz)，介電常數為30。 2. 低熔點之氧化硼的添加對Ba(Nd, Sm)2Ti4O12 介電材料之研究。研究發現，添加2 wt% 氧化硼的BNST 於燒結溫度為960℃時，其相對燒結密度可達到96%；添加1 wt% 氧化硼的BNST 於燒結溫度為1020℃時品質因子(Q× f ) 可達5500 GHz (at 6 GHz)，介電常數為37。 以上兩種添加燒結助劑的顯微結構，皆出現具有 (002) 方向之從優取向的柱狀結晶。於添加氧化硼的系統中，本文對其液相燒結行為作深入的探討，並以X 光繞射的峰值與其添加燒結助劑相連結，進而提出其經驗式。 二、以阻抗分析法探究添加物對介電性質之影響 藉由阻抗分析法之高靈敏、簡易、可評估燒結體之晶體界面間等特性，以分析添加物及晶體結構對介電性質的影響。研究結果顯示，Cg、Cgb 隨著 (002) 從優取向的程度增加而有遞增的趨勢；添加玻璃的材料系統中發現，太多的玻璃相反而導致Cgb降低；研究亦發現ρg、ρgb 會隨著添加物的含量增加而降低。 三、介電厚膜之電容製作 利用第一部份之研究成果為基礎，以印刷電路的方式製作電容，研究其作為嵌入式被動元件之可行性。介電性質主要受到介電層塗佈是否均質與其表面粗糙度的影響。適當的控制之下，厚膜的介電常數可達65。