專利名稱：一種超材料諧振子及其制備方法
一種超材料諧振子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾波器領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料諧振子及其制備方法。
背景技術(shù)：
超材料是近十年來發(fā)展起來的對電磁波起調(diào)制作用的材料。超材料一般是由一定數(shù)量的金屬微結(jié)構(gòu)附在具有一定力學(xué)、電磁學(xué)的基板上，這些具有特定圖案和材質(zhì)的微結(jié)構(gòu)會對經(jīng)過其身的特定頻段的電磁波產(chǎn)生調(diào)制作用。超材料諧振子是指含金屬微結(jié)構(gòu)的微波陶瓷諧振子，用于制作小體積高性能的濾波器。超材料諧振子一般用低溫共燒工藝，即在無壓力條件下燒結(jié)。但LTCC工藝較難掌握，存在不少技術(shù)難題。例如無壓空氣中燒結(jié)導(dǎo)致分層和翹曲現(xiàn)象；為了保護較低的燒結(jié)溫度(< Ag-Pd合金的熔點)，必須加入一些低熔點的助燒劑，而過多的助燒劑又導(dǎo)致了高損耗。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種零收縮玻璃封裝的超材料諧振子及其制備方法，同時還提高了超材料諧振子的品質(zhì)因數(shù)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種超材料諧振子的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟將燒結(jié)溫度低于950°C的陶瓷粉配制成陶瓷漿料，然后流延制成生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上加工出多個金屬微結(jié)構(gòu)，將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶疊壓成整體制成預(yù)燒LTCC陶瓷片；將玻璃粉中各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體混合均勻形成溶膠，將陶瓷輔助片浸入所述溶膠后取出或通過旋涂的方式在陶瓷輔助片上涂覆一層溶膠，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；將所述預(yù)燒LTCC陶瓷片與所述預(yù)燒陶瓷輔助片疊合后形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體固定后在IOMPa以下的壓力下、850°C 950°C溫度范圍內(nèi)保溫I 5小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。制備所述預(yù)燒LTCC陶瓷片時，向所述陶瓷粉中加入0. 5wt% 3wt%的助燒劑。所述陶瓷輔助片為由Qf為30000GHz 60000GHz、介電常數(shù)為40 70、燒結(jié)溫度為1100°C 1500°c的陶瓷粉制成的陶瓷輔助片。所述陶瓷輔助片的厚度為2 4mm。制備所述陶瓷輔助片的陶瓷粉為BaTi4O9體系、BaTi9O20體系或CaTiO3-NdAlO3體系。所述玻璃粉為P2O5-ZnO-Al2O3-SiO2-MgO-CaO 體系或 Bi2O5-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2 體系。制備所述LTCC陶瓷片的陶瓷粉為ZnNb2O6體系、BaTi4O9體系或BiNbO4體系。一種超材料諧振子，由上述任一項方法制備的超材料諧振子，所述超材料諧振子包括陶瓷輔助片、LTCC陶瓷片及粘接所述陶瓷輔助片和所述LTCC陶瓷片的玻璃涂層，所述玻璃涂層采用的是溶膠-凝膠法制備的玻璃涂層。本發(fā)明的有益效果為用傳統(tǒng)高溫?zé)Y(jié)方法制得的高介電低損耗的陶瓷片作為陶瓷輔助片，不僅可以提高整個超材料諧振子的Qf，還能作為制備LTCC陶瓷片時的陶瓷犧牲片，實現(xiàn)LTCC陶瓷片在垂直于壓力方向的XY平面上的零收縮；并且粘接陶瓷輔助片和LTCC陶瓷片的玻璃涂層采用的是溶膠-凝膠法制備的玻璃涂層，該玻璃涂層薄、損耗低，同時一起燒結(jié)時還能降低整個燒結(jié)溫度，避免了在LTCC陶瓷片中加入大量的助燒劑而增大超材料諧振子損耗的缺陷。

圖I為本發(fā)明制備方法的流程圖。
具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。一種超材料諧振子的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟如圖I所示a、將燒結(jié)溫度低于950°C的陶瓷粉配制成陶瓷漿料，然后流延制成厚度為20 y m 200 y m的生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上加工出多個金屬微結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實際設(shè)計要求將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶疊壓成整體、并排膠，制成預(yù)燒LTCC陶瓷片；b、將玻璃粉(如 P2O5-ZnO-Al2O3-SiO2-MgO-CaO 體系、Bi2O5-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2 體系等)中各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體(相應(yīng)的碳酸鹽、羥基鹽或金屬有機化合物等)混合均勻形成溶膠，將厚度為2 4mm的陶瓷輔助片浸入所述溶膠后取出或通過旋涂的方式在陶瓷輔助片上涂覆一層溶膠，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；C、將所述預(yù)燒LTCC陶瓷片與所述預(yù)燒陶瓷輔助片疊合后形成預(yù)燒整體；d、將預(yù)燒整體固定后在IOMPa以下的壓力下、850°C 950°C溫度范圍內(nèi)保溫I 5小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。其中，陶瓷輔助片為由Qf為30000GHz 60000GHz、介電常數(shù)為40 70、燒結(jié)溫度為1100°C 1500°c的陶瓷粉制成的高介電低損耗的陶瓷輔助片，不僅可以提高整個超材料諧振子的Qf，還能作為制備LTCC陶瓷片時的陶瓷犧牲片(已經(jīng)燒結(jié)過不會再收縮)，實現(xiàn)LTCC陶瓷片在XY平面上的零收縮，該常用的陶瓷粉有BaTi4O9體系、BaTi9O20體系或CaTiO3-NdAlO3體系等；制備LTCC陶瓷片的陶瓷粉優(yōu)選為ZnNb2O6體系、BaTi4O9體系或BiNbO4體系等，只要陶瓷粉符合低溫共燒(燒結(jié)溫度小于950°C)基本都可以采用。金屬微結(jié)構(gòu)是由金屬絲構(gòu)成的具有一定幾何形狀的平面或者立體結(jié)構(gòu)，如工字型、雪花型等，可以采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備出金屬微結(jié)構(gòu)，也可以采用其他蝕刻、光刻、離子刻等技術(shù)，加工金屬微結(jié)構(gòu)所采用的金屬為金、銀、銅、鋁或銀鈀合金。由上述方法制備的超材料諧振子實現(xiàn)了零收縮和高Qf，該超材料諧振子包括陶瓷輔助片、LTCC陶瓷片及粘接陶瓷輔助片和LTCC陶瓷片的玻璃涂層。玻璃涂層的損耗比目前常用的有機粘結(jié)劑的損耗都低，所以適合做為粘接兩者的粘結(jié)劑；并且該玻璃涂層采用的是溶膠-凝膠法制備的玻璃涂層，玻璃涂層更薄，損耗也就更低，三者同時一起燒結(jié)時由于含有玻璃，可以降低整個燒結(jié)溫度，因此LTCC陶瓷片中可不加或加入很少量(0. 5wt% 3wt% )的助燒劑就實現(xiàn)了低溫共燒，避免了向LTCC陶瓷片中加入大量的助燒劑使得制備的超材料諧振子的損耗增大的缺陷。實施例一將ZnNb2O6體系陶瓷粉配制成陶瓷漿料，并向其中加入0. 5wt %的助燒劑，然后流延制成厚度為20 y m的生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上采用350目的絲網(wǎng)印刷多個金屬微結(jié)構(gòu)，將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶放入交替疊壓成整體、并排膠，制成預(yù)燒LTCC陶瓷片； 將P2O5-ZnO-Al2O3-SiO2-MgO-CaO體系的玻璃粉中的各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體(相應(yīng)的碳酸鹽、羥基鹽或金屬有機化合物等)混合均勻形成溶膠，將厚度為2_的陶瓷輔助片浸入所述溶膠后取出，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；將一片預(yù)燒LTCC陶瓷片與兩片預(yù)燒陶瓷輔助片放入定位模具中疊合、取出后形成預(yù)燒整體，其中預(yù)燒LTCC陶瓷片置于兩片預(yù)燒陶瓷輔助片中間；將預(yù)燒整體放入耐高溫的模具中，在8MPa以下的壓力下、850°C溫度范圍內(nèi)保溫4 5小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。當然不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶可以按照實際設(shè)計、性能、厚度的需要進行疊壓。實施例二將BaTi4O9體系陶瓷粉配制成陶瓷漿料，并向其中加入Iwt %的助燒劑，然后流延制成厚度為100 u m的生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上采用370目的絲網(wǎng)印刷多個金屬微結(jié)構(gòu)，將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶放入交替疊壓成整體、并排膠，制成預(yù)燒LTCC陶瓷片；將P2O5-ZnO-Al2O3-SiO2-MgO-CaO體系的玻璃粉中的各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體(相應(yīng)的碳酸鹽、羥基鹽或金屬有機化合物等)混合均勻形成溶膠，將厚度為3_的陶瓷輔助片通過旋涂的方法涂覆一層溶膠，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；將一片預(yù)燒LTCC陶瓷片與一片預(yù)燒陶瓷輔助片放入定位模具中疊合、取出后形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體用耐高溫的夾具夾緊，在SMPa以下的壓力下、900°C溫度范圍內(nèi)保溫
2 4小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。當然不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶可以按照實際設(shè)計、性能、厚度的需要進行疊壓。實施例三將BiNbO4體系陶瓷粉配制成陶瓷漿料，并向其中加入3wt%的助燒劑，然后流延制成厚度為200 的生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上采用400目的絲網(wǎng)印刷多個金屬微結(jié)構(gòu)，將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶放入交替疊壓成整體、并排膠，制成預(yù)燒LTCC陶瓷片；將將Bi2O5-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2體系的玻璃粉中的各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體(相應(yīng)的碳酸鹽、羥基鹽或金屬有機化合物等)混合均勻形成溶膠，將厚度為4_的陶瓷輔助片浸入所述溶膠后取出，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；將一片預(yù)燒LTCC陶瓷片與兩片預(yù)燒陶瓷輔助片放入定位模具中疊合、取出后形成預(yù)燒整體，其中預(yù)燒LTCC陶瓷片置于兩片預(yù)燒陶瓷輔助片中間；將預(yù)燒整體放入耐高溫的模具中，在8MPa以下的壓力下、950°C溫度范圍內(nèi)保溫I 3小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。當然不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶可以按照實際設(shè)計、性能、厚度的需要進行疊壓。 綜上，預(yù)燒LTCC陶瓷片和預(yù)燒陶瓷輔助片可以根據(jù)實際需要各疊合一片，也可以各疊合多片。在上述實施例中，僅對本發(fā)明進行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種超材料諧振子的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下步驟 將燒結(jié)溫度低于950°C的陶瓷粉配制成陶瓷漿料，然后流延制成生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上加工出多個金屬微結(jié)構(gòu)，將不含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶和含金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶疊壓成整體制成預(yù)燒LTCC陶瓷片； 將玻璃粉中各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體混合均勻形成溶膠，將陶瓷輔助片浸入所述溶膠后取出或通過旋涂的方式在陶瓷輔助片上涂覆一層溶膠，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片； 將所述預(yù)燒LTCC陶瓷片與所述預(yù)燒陶瓷輔助片疊合后形成預(yù)燒整體； 將預(yù)燒整體固定后在IOMPa以下的壓力下、850°C 950°C溫度范圍內(nèi)保溫I 5小時進行燒結(jié)，獲得包含陶瓷輔助片、玻璃涂層和LTCC陶瓷片的超材料諧振子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，制備所述預(yù)燒LTCC陶瓷片時，向所述陶瓷粉中加入0. 5wt% 3wt%的助燒劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷輔助片為由Qf為30000GHz 60000GHz、介電常數(shù)為40 70、燒結(jié)溫度為1100°C 1500°C的陶瓷粉制成的 陶瓷輔助片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的制備方法，其特征在于，所述陶瓷輔助片的厚度為2 4mm n
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的制備方法，其特征在于，制備所述陶瓷輔助片的陶瓷粉為BaTi4O9 體系、BaTi9O2tl 體系或 CaTiO3-NdAlO3 體系。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述玻璃粉為P2O5-ZnO-Al2O3-SiO2-MgO-CaO 體系或 Bi2O5-B2O3-ZnO-Al2O3-SiO2 體系。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，制備所述LTCC陶瓷片的陶瓷粉為ZnNb2O6 體系、BaTi4O9 體系或 BiNbO4 體系。
8.一種超材料諧振子，其特征在于，包括權(quán)利要求I 7任一項制備的超材料諧振子，所述超材料諧振子包括陶瓷輔助片、LTCC陶瓷片及粘接所述陶瓷輔助片和所述LTCC陶瓷片的玻璃涂層，所述玻璃涂層采用的是溶膠-凝膠法制備的玻璃涂層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超材料諧振子及其制備方法，將燒結(jié)溫度低于950℃的陶瓷粉配制成陶瓷漿料，然后流延制成生瓷帶，在需要金屬微結(jié)構(gòu)的生瓷帶上加工出多個金屬微結(jié)構(gòu)，然后疊壓成整體制成預(yù)燒LTCC陶瓷片；將玻璃粉中各氧化物組分的氧化物前驅(qū)體混合均勻形成溶膠，將陶瓷輔助片浸入溶膠后取出或通過旋涂的方式在陶瓷輔助片上涂覆一層溶膠，然后靜置凝膠并干燥，制得預(yù)燒陶瓷輔助片；將預(yù)燒LTCC陶瓷片與預(yù)燒陶瓷輔助片疊合后在加載的條件下燒結(jié)獲得超材料諧振子。利用陶瓷輔助片實現(xiàn)LTCC陶瓷片在XY平面上零收縮的同時還提高了Qf；采用溶膠-凝膠法制備的玻璃涂層，損耗低，還降低了整個燒結(jié)溫度，避免了在LTCC陶瓷片中加入大量的助燒劑而增大超材料諧振子損耗的缺陷。
文檔編號C04B35/468GK102674847SQ20121013299
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 繆錫根 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司