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Tecnologia PCB
Che cosa è la ceramica dielettrica a microonde e i metodi di preparazione della ceramica dielettrica a microonde?
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Che cosa è la ceramica dielettrica a microonde e i metodi di preparazione della ceramica dielettrica a microonde?

Che cosa è la ceramica dielettrica a microonde e i metodi di preparazione della ceramica dielettrica a microonde?

2021-11-23
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Author:iPCBer

1. What is microwave dielectric ceramics
Microwave dielectric ceramics Scheda PCB refers to a new type of ceramic functional material used in microwave frequency circuits (mainly in the 300MHz ~ 300GHZ frequency band).
In the microwave frequency band, i vari meccanismi di polarizzazione sono stabili, and the dielectric constant of the material basically does not change with frequency. Pertanto, according to the size of the dielectric constant, può essere classificato in tre categorie: basso dielettrico, intermediate and high dielectric.
I sistemi ceramici dielettrici a microonde a bassa dielettrica quali la serie Al2O3-TiO2 e la serie del titanato di magnesio sono utilizzati in campi con requisiti rigorosi sulla perdita dielettrica a causa dei loro fattori di alta qualità, such as satellite communications, radar militari, ecc.
Intermediate microwave dielectric ceramic systems such as (Zr, Sn) TIO4 have high Q value and low temperature coefficient of resonance frequency, che può essere utilizzato per preparare i risonatori dielettrici per risolvere il problema della deriva di frequenza dei risonatori a banda stretta.

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High dielectric microwave dielectric ceramics can promote the miniaturization and integration of microwave communication equipment and resonators, e sono ampiamente utilizzati in circuiti integrati ad alta capacità e apparecchiature di comunicazione operanti a basse frequenze.
Microwave dielectric ceramic powder is not a single material, ma un sistema materiale in cui più materiali sono miscelati in proporzione. During the preparation process, sono aggiunti anche ossidi di terre rare. Many studies have shown that the doping of appropriate amounts of rare earth elements can improve the microwave medium The sinterability, densità e proprietà dielettriche della ceramica.

2. Preparation method of microwave dielectric ceramics
The production methods of microwave dielectric ceramic materials include solid-phase reaction method, sol-gel method, metodo idrotermale, precipitation method and so on.
1) Solid phase reaction method The solid phase reaction method is a traditional process method, which has the advantages of mature process, facile utilizzo, and high cost performance. È adatto per la produzione di massa ed è attualmente il metodo più utilizzato nella produzione industriale. However, presenta svantaggi come l'alta temperatura di sinterizzazione, easy formation of a second phase and abnormal growth of local crystal grains, che influenzano le proprietà dielettriche del microonde.
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, e poi calcinato per rimuovere i componenti organici per ottenere un uniforme, very fine particle The original powder greatly improves the uniformity, uniformità e compattezza della composizione ceramica, greatly reduces the ceramic sintering temperature and shortens the sintering cycle, può ridurre o evitare la formazione della seconda fase, and is beneficial to improve the material However, il costo della polvere è relativamente elevato, the process is complicated, i parametri di processo non sono facili da controllare, the production cycle is long, ed è difficile realizzare l'industrializzazione.
3)Hydrothermal method The hydrothermal method is the reaction carried out in a sealed pressure vessel, con soluzione acquosa come mezzo, the formation of the powder undergoes the process of dissolution to crystallization, senza la necessità di costosi alcossidi, many materials can be directly synthesized at low temperatures, evitare la crescita dei cereali, defects and impurity intrusion caused by burn-in.
4) Precipitation method Precipitation method uses the soluble metal salts of each component element to form a solution in a certain proportion, aggiunge una quantità adeguata di precipitante per precipitare uniformemente gli ioni metallici, and controls the performance of the powder by adjusting the concentration and pH of the solution. Dopo calcinazione, a homogeneous mixture of oxides is obtained. Il metodo è semplice, easy to scale production, e basso costo, but agglomeration or uneven components will affect the dielectric properties.
Il processo di preparazione dei materiali in polvere è tecnicamente difficile. For example, il metodo idrotermale che utilizza carbonato di bario come materia prima comprende la dissoluzione, titanium acylation, essiccazione, hydrothermal, e processi di ri-essiccazione. Unreasonable acid-base control and impurity generation will damage the powder. La qualità influisce in ultima analisi sulle prestazioni del filtro.

3. Material requirements for 5G ceramic dielectric filters
Microwave dielectric ceramics are widely used. Because of their good microwave dielectric properties such as low high-frequency dielectric loss, costante dielettrica moderata, and low temperature coefficient of resonance frequency, possono essere utilizzati come substrati dielettrici, dielectric antennas, risonatori dielettrici, and Dielectric filters, etc.
The electromagnetic wave resonance in the 5G ceramic dielectric filter occurs inside the ceramic dielectric material, in modo da requisiti più elevati sono presentati per le prestazioni dei materiali ceramici dielettrici a microonde. The dielectric performance indicators of microwave ceramics are mainly dielectric constant, fattore qualità Q, and resonance frequency temperature. Three coefficients:
1) Suitable dielectric constant; high dielectric constant can realize the filter size and miniaturization design, ma più alta è la costante dielettrica non è migliore, too high dielectric constant will affect the transmission loss, Quindi i requisiti di progettazione del filtro devono essere considerati Per scegliere la costante dielettrica appropriata. The dielectric constant of microwave dielectric ceramics mainly depends on the crystal phase in the material structure and the preparation process.
2) High quality factor Q, low dielectric loss; the higher the quality factor Q, più stretta è la banda passante, the better the circuit selectivity, e migliore è la funzione di filtraggio. The Q value is inversely proportional to the dielectric loss tanδ. Maggiore è il valore Q, the lower the filter insertion loss. La struttura del materiale è uniforme, high density, crescita uniforme del grano, reducing impurities and defects can increase the Q value.
3) Near-zero adjustable temperature coefficient of resonance frequency. The temperature coefficient of resonance frequency is close to zero to achieve high stability and high reliability of the filter. Il coefficiente di temperatura di frequenza è determinato principalmente dal coefficiente di espansione lineare e dalla costante dielettrica del materiale.
The ceramic powder determines the performance of the dielectric filter, e la formulazione e la preparazione della polvere sono più difficili. Only with a good material formulation can we obtain high-Q dielectric ceramics under certain conditions of use. Si può dire che la nostra formulazione in polvere è la competitività centrale dei produttori di filtri ceramici. Filter manufacturers of powder formulations can make their own preparations by purchasing raw materials, evitare l'acquisto da produttori di polveri, which not only saves costs, ma rende anche più facile regolare i parametri rilevanti del filtro in base alle esigenze personalizzate del cliente.