功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷讲解
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功能陶瓷
离子导电常存在明显的各向异性。
例如β-Al2O3在c方向上的电导比在其他方向上大许多，这是由于离子 通道存在明显的方向性。
Dept. of MSE, CQU
15
重庆大学材料科学与工程学院
离子电导率与温度T的关系满足Arrhenius关系：
ion
E A exp( ) kT
(4-9)
晶格中导电离子可能占据的位置比实际填充的离子数目多得多； 临近导电离子间的势垒不太大； 晶格中存在有导电离子运动的通道，如各种体积较大的八面体间隙 和四面体间隙相互连通。
Dept. of MSE, CQU
14
重庆大学材料科学与工程学院
正离子在晶格中可能占据位置的投影图 （a）绝缘体；（b）离子导体
Dept. of MSE, CQU
11
重庆大学材料科学与工程学院 缺陷对陶瓷导电的影响
晶体缺陷对陶瓷导电行为的影响比较复杂。陶瓷中点缺陷对材 料电性能影响较大，一般都是陶瓷材料的电导有所增加。
例如立方ZrO2，其结构中的正离子作立方密堆积，负离子占据全部 四面体间隙，而全部八面体间隙空着，这就便于其他例子在其间移动。 如果在立方ZrO2中加入8at%的Y2O3，Y3+部分替代Zr4+后在晶格中形成部 分氧离子空位，可使ZrO2的立方相在低温时稳定和称为离子导电的固体 电解质。
Ag在AgI晶胞中 的位置
Dept. of MSE, CQU
21
重庆大学材料科学与工程学院
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金属离子A+ 的高迁移性和高可交换性。晶胞中阳离子采取立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。 一价A离子的半径过大或过小均会 引起电导率的下降。这是因为离子 半径过大时，其迁移能力变差；而 离子半径过小会使正离子在电导通 道中作漩涡式的迅速移动，也会阻 碍其运动。 这类材料的导电行为是极端各向异 性的，垂直于c方向的电导率比于c 方向的电导率大得多。
例如β-Al2O3在c方向上的电导比在其他方向上大许多，这是由于离子 通道存在明显的方向性。
Dept. of MSE, CQU
15
重庆大学材料科学与工程学院
离子电导率与温度T的关系满足Arrhenius关系：
ion
E A exp( ) kT
(4-9)
晶格中导电离子可能占据的位置比实际填充的离子数目多得多； 临近导电离子间的势垒不太大； 晶格中存在有导电离子运动的通道，如各种体积较大的八面体间隙 和四面体间隙相互连通。
Dept. of MSE, CQU
14
重庆大学材料科学与工程学院
正离子在晶格中可能占据位置的投影图 （a）绝缘体；（b）离子导体
Dept. of MSE, CQU
11
重庆大学材料科学与工程学院 缺陷对陶瓷导电的影响
晶体缺陷对陶瓷导电行为的影响比较复杂。陶瓷中点缺陷对材 料电性能影响较大，一般都是陶瓷材料的电导有所增加。
例如立方ZrO2，其结构中的正离子作立方密堆积，负离子占据全部 四面体间隙，而全部八面体间隙空着，这就便于其他例子在其间移动。 如果在立方ZrO2中加入8at%的Y2O3，Y3+部分替代Zr4+后在晶格中形成部 分氧离子空位，可使ZrO2的立方相在低温时稳定和称为离子导电的固体 电解质。
Ag在AgI晶胞中 的位置
Dept. of MSE, CQU
21
重庆大学材料科学与工程学院
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金属离子A+ 的高迁移性和高可交换性。晶胞中阳离子采取立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。 一价A离子的半径过大或过小均会 引起电导率的下降。这是因为离子 半径过大时，其迁移能力变差；而 离子半径过小会使正离子在电导通 道中作漩涡式的迅速移动，也会阻 碍其运动。 这类材料的导电行为是极端各向异 性的，垂直于c方向的电导率比于c 方向的电导率大得多。
微波介质陶瓷材料及其应用简介 高斯贝尔功田电子
εr：35， Q：30000 @ 3GHz
9
0
0
5
0
ANS5YS TRAININ1G0
五 微波介质陶瓷部分商用产品性能
εr：25±1， Qf>150000GHZ，τf =0 ± 5ppm/ ℃，（用于卫星通讯 ）。
εr： 45± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介
微波介质陶瓷成为质近陶年瓷 来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需
ANSYS TRAINING
微波介质一陶微瓷波材介料质在陶微瓷波概通述信、雷 达、移1.动1 通微信波、介移质动电话基站（由其4G、 5G）,卫陶瓷星应广用播通讯及全球卫星定位导 航系统中有着不可替代的重要作用 。
微波介质陶瓷材料及其应用简介
高斯贝尔功田电子陶瓷研发部 陈功田
2018.08.20
ANSYS TRAINING
微波陶
一 微波介质陶瓷概述
瓷
微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz～3000GHz）电路中作 为
介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。微波介质陶瓷是一种新型高 技术无机材料，在电子电路等方面有十分重要的作用,在军用及民用领域 有广泛的应用.其主要应用于微波谐振器、滤波器与振荡器，微波电路中 的绝缘基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr： 35± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr：82，Qf>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃，(用于移动GPS)；
第十章 功能陶瓷
29
高速计算机用的多层陶瓷基板，首先要求 信号延迟小。为此，需进一步开发低εr陶 瓷基板材料。目前玻璃陶瓷的εr水平为5～ 6，这对于陶瓷来讲已经相当低了，但还 不能符合希望的要求。有人提出在陶瓷基 板内引入空孔的复合陶瓷基板，将会制得 εr更低的陶瓷基板材料，这可能是今后低εr 陶瓷基板的又一发展方向。
9
（4）机械强度要高，因为装置瓷在使用 时，一般都要承受较大的机械负荷。通 常抗弯强度为45～300Mpa，抗压强度为 400～2000Mpa。
（5）良好的化学稳定性，能耐风化、耐 水、耐化学腐蚀，不致性能老化。
10
电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物 系和非氧化物系两大类。氧化物系主要 有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧化物 系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、 AlN等。大量应用的主要有以下几个多 元系统陶瓷：
30
大功率LSI封装用的AlN陶瓷，将逐渐增多。 对于MCM来说，MCM－C/D将比MCM－ C发展快，但若降低了AlN陶瓷成本之后， 有人认为AlN陶瓷基板将是MCM－C的最 佳的大功率基板。
31
二、电容器陶瓷
在小型电脑、移动通信等设备日益轻、 薄、短、小，高性能，多功能化的过程 中，对小体积、大容量电容器的要求日 益迫切。固体电解电容器只能适用于直 流场合，在交流的情况下，半导体陶瓷 电容器则具有其特殊的重要性。
24
因此，今后主要发展低温烧结的多层陶 瓷布线基板，这种基板的烧成温度低， εr小（目前最低已达到4.5），可用导电 性好的Cu、Ni作内导体，既提高了性能， 又降低了成本。国外许多公司已实现了 用Cu作内导体的低温共烧结的多层陶瓷 基片，但实际达到规模生产还有距离， 主要是烧结时存在Cu被氧化等技术问题。
高速计算机用的多层陶瓷基板，首先要求 信号延迟小。为此，需进一步开发低εr陶 瓷基板材料。目前玻璃陶瓷的εr水平为5～ 6，这对于陶瓷来讲已经相当低了，但还 不能符合希望的要求。有人提出在陶瓷基 板内引入空孔的复合陶瓷基板，将会制得 εr更低的陶瓷基板材料，这可能是今后低εr 陶瓷基板的又一发展方向。
9
（4）机械强度要高，因为装置瓷在使用 时，一般都要承受较大的机械负荷。通 常抗弯强度为45～300Mpa，抗压强度为 400～2000Mpa。
（5）良好的化学稳定性，能耐风化、耐 水、耐化学腐蚀，不致性能老化。
10
电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物 系和非氧化物系两大类。氧化物系主要 有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧化物 系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、 AlN等。大量应用的主要有以下几个多 元系统陶瓷：
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大功率LSI封装用的AlN陶瓷，将逐渐增多。 对于MCM来说，MCM－C/D将比MCM－ C发展快，但若降低了AlN陶瓷成本之后， 有人认为AlN陶瓷基板将是MCM－C的最 佳的大功率基板。
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二、电容器陶瓷
在小型电脑、移动通信等设备日益轻、 薄、短、小，高性能，多功能化的过程 中，对小体积、大容量电容器的要求日 益迫切。固体电解电容器只能适用于直 流场合，在交流的情况下，半导体陶瓷 电容器则具有其特殊的重要性。
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因此，今后主要发展低温烧结的多层陶 瓷布线基板，这种基板的烧成温度低， εr小（目前最低已达到4.5），可用导电 性好的Cu、Ni作内导体，既提高了性能， 又降低了成本。国外许多公司已实现了 用Cu作内导体的低温共烧结的多层陶瓷 基片，但实际达到规模生产还有距离， 主要是烧结时存在Cu被氧化等技术问题。
第六章功能陶瓷
特点：纯度、粒度可控，均匀性好，颗粒细微。 （1）固相法
自蔓延高温合成法——多为金属元素燃烧、强烈的放 热反应形成化合物粉末。
固相热分解法——如硫酸铝铵在空气中热分解制得 Al2O3粉末。 （2）液相法
1）共沉淀法 某种金属盐溶液添加沉淀剂制成另一种盐或氢氧化 物，再加热分解得到金属氧化物。 两种金属盐同时沉淀得到复合金属氧化物粉末
1、机械法 采用机械粉碎方法将机械能转化为颗粒表面能，使 粗颗粒破碎为细粉。
常见方法：滚动球磨、振动球磨、搅动球磨、气流 粉碎等。
球磨过程是一个复杂的物理化学过程，不仅使粉末粒 度变细，而且会改变粉末的物理化学性质，提高表面 能。 特点：简便。 2、合成法
由离子、原子、分子通过反应、成核和成长、收集、 后处理等手段获取细粉。
掺杂MgO或Y2O3的CaZrO3
7、F离子导体:F-
CaF2、PbF2基固溶体，如Ca1-xYxF2-x
6-3 介电、铁电陶瓷材料
带电粒子被束缚，仅发生微小位移形成电极化而不 产生电流的物质称为绝缘体。
带电粒子在电场下发生微小位移的性质称为介电性。 绝缘体以介电性为主，也称介电体。 电介质特点：以感应而不是以传导方式传递电的作用 和影响。 不能简单认为电介质就一定是绝缘体。实际上许多 半导体也有介电性，如高纯硅、锗是良好的电介质。 一、陶瓷介电和铁电性及极化机制
PS —饱和极化强度 P r —剩余极化强度
EC —矫顽场强
EC
P
PS Pr
EC
E
内部存在电畴即 自发极化区域。电畴 间界面称为畴壁
T TC —居里温度，高于该温度，铁电性消失
铁电体变为顺电体的相变温度 软铁电体：磷酸二氢钾KH2PO4 硬铁电体：BaTiO3 ，PbTiO3
第7章-功能陶瓷PPT课件
(b)铸浆温度、模具温度、压力大小及其持续时间是控制的关键。
铸浆温度: 采用石蜡作粘结剂时，一般小于100℃；
模具温度: 决定铸浆在模子中的冷却速度，一般对薄壁件模具在10～20℃， 厚壁件则为0～20℃；
成型压力: 根据制品形状、尺寸而定，通常采用3～5个大气压，铸造壁薄 高大的坯件时压力应大，反之应小；
8～15%
3～5%
粉 料 100kg 、 煤 油 1000ml 、 油 酸 1500ml 、水7kg 水90%、亚硫酸纸浆废液 10%。加入量为8～10%
甲苯（二甲苯）70%，苯 乙 烯 30% 。 加 入 量 为 8 ～ 16%
室温时在压力下能流动 不易于从坯体中排除
工艺简单、坯体强度高 价格贵
工艺简单，气孔率低 机械强度稍差
缺点：仅适用于简单形状制品，形状和尺寸控制性差， 而且生产效率低、难于实现自动化批量生产。
2021/3/25
2021
1155
干袋式等静压（干式等静压）：将加压橡胶袋封紧在 高压容器中，加料后的弹性模送入压力室中，加压 成型后退出来脱模。也可将模具固定在高压容器中， 加料后封紧模具加压成型。
优点：模具不和加压液体直接接触，可以减少模具的 移动，不要调整容器中的液面和排除多余的空气， 因而能加速取出压好的坯体，可实现连续等静压。
2266
2021/3/25
2021
2277
（8） 注射成型（Injection moulding）
定义：注射成形是喂料在温度和压力作用下均匀填充 注射模具模腔，获得所需形状的无缺陷成形坯的过 程。把陶瓷粉料与热塑性树脂等有机物混炼后得到 的混合料在注射机上于一定温度和压力下高速注入 模具，迅速冷凝后脱模取出坯体。
03干压成型所用粘合剂种类配方或用量特点石蜡7712常用量88室温时在压力下能流动不易于从坯体中排除酚醛漆高频清漆8815工艺简单坯体强度高价格贵聚乙烯醇pva水溶液3355工艺简单气孔率低机械强度稍差水油酸煤油粘合剂粉料100kg煤油1000ml油酸1500ml水77kg工艺简单气孔率低生坯强度较低亚硫酸纸浆废液水90亚硫酸纸浆废液10
铸浆温度: 采用石蜡作粘结剂时，一般小于100℃；
模具温度: 决定铸浆在模子中的冷却速度，一般对薄壁件模具在10～20℃， 厚壁件则为0～20℃；
成型压力: 根据制品形状、尺寸而定，通常采用3～5个大气压，铸造壁薄 高大的坯件时压力应大，反之应小；
8～15%
3～5%
粉 料 100kg 、 煤 油 1000ml 、 油 酸 1500ml 、水7kg 水90%、亚硫酸纸浆废液 10%。加入量为8～10%
甲苯（二甲苯）70%，苯 乙 烯 30% 。 加 入 量 为 8 ～ 16%
室温时在压力下能流动 不易于从坯体中排除
工艺简单、坯体强度高 价格贵
工艺简单，气孔率低 机械强度稍差
缺点：仅适用于简单形状制品，形状和尺寸控制性差， 而且生产效率低、难于实现自动化批量生产。
2021/3/25
2021
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干袋式等静压（干式等静压）：将加压橡胶袋封紧在 高压容器中，加料后的弹性模送入压力室中，加压 成型后退出来脱模。也可将模具固定在高压容器中， 加料后封紧模具加压成型。
优点：模具不和加压液体直接接触，可以减少模具的 移动，不要调整容器中的液面和排除多余的空气， 因而能加速取出压好的坯体，可实现连续等静压。
2266
2021/3/25
2021
2277
（8） 注射成型（Injection moulding）
定义：注射成形是喂料在温度和压力作用下均匀填充 注射模具模腔，获得所需形状的无缺陷成形坯的过 程。把陶瓷粉料与热塑性树脂等有机物混炼后得到 的混合料在注射机上于一定温度和压力下高速注入 模具，迅速冷凝后脱模取出坯体。
03干压成型所用粘合剂种类配方或用量特点石蜡7712常用量88室温时在压力下能流动不易于从坯体中排除酚醛漆高频清漆8815工艺简单坯体强度高价格贵聚乙烯醇pva水溶液3355工艺简单气孔率低机械强度稍差水油酸煤油粘合剂粉料100kg煤油1000ml油酸1500ml水77kg工艺简单气孔率低生坯强度较低亚硫酸纸浆废液水90亚硫酸纸浆废液10
微波介质陶瓷PPT课件
域，微波介质天线也发挥了至关重要的作用
.
5
3 微波介质陶瓷的发展史
1939年尝试将电介质材料应用在微波电路中并证实了其可行性
1960年 A.Okaya 首次试用TiO2单晶来制作小型化微波介质谐振器
S.B.Cohn 在1968用TiO2陶瓷制作了微波介质滤波器
20世纪70年代，美国率先研制出了BaO-TiO2系陶瓷，促使微波介 质陶瓷进入了大规使用化阶段
.
9
.
10
.
3
2 微波介质陶瓷的应用
A.微波陶瓷介质电容器 • 在微波集成电路、微波单片集成电路中，利用微波介质电容器 制成的放大器、振荡器、混频器等微波器件已得到了广泛应用。
B.微波陶瓷介质谐振器
• 在微波电路中，介质谐振器类似于一般电路中的放大器、振荡 器等功能回路。目前介质谐振器已广泛应用于微波电路和微波 集成电路，并可根据实际需要制做不同形状满足不同谐振模式 的需要
日本在80年代发现了R-04C、R-09C等不同类型陶瓷并报道了其介
电性.能。
6
我国微波介质陶瓷的发展
在我国直到20世纪80年代初才开始有微波介质陶瓷材料 方面的研究，20世纪90年代以来，我国开始重视研发新型 微波介质陶瓷材。 目前，随着国家越来越重视微波介质元器件的发展， 《中国制造2025》指出加快微波功能模块，微波介质陶瓷， 4G通信产业相关发展。 我国在微波介质陶瓷领域的研究水平正在逐渐接近发达 国家。研发拥有自主知识产权的微波介质陶瓷新材料及新 型微波元器件对提高我国电子信息领域的国家竞争力具有 重要的战略意义
.
7
4 微波陶瓷的发展趋势
低成本 微型化
生产大 规模化
低损耗
高稳定
化
.
5
3 微波介质陶瓷的发展史
1939年尝试将电介质材料应用在微波电路中并证实了其可行性
1960年 A.Okaya 首次试用TiO2单晶来制作小型化微波介质谐振器
S.B.Cohn 在1968用TiO2陶瓷制作了微波介质滤波器
20世纪70年代，美国率先研制出了BaO-TiO2系陶瓷，促使微波介 质陶瓷进入了大规使用化阶段
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10
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3
2 微波介质陶瓷的应用
A.微波陶瓷介质电容器 • 在微波集成电路、微波单片集成电路中，利用微波介质电容器 制成的放大器、振荡器、混频器等微波器件已得到了广泛应用。
B.微波陶瓷介质谐振器
• 在微波电路中，介质谐振器类似于一般电路中的放大器、振荡 器等功能回路。目前介质谐振器已广泛应用于微波电路和微波 集成电路，并可根据实际需要制做不同形状满足不同谐振模式 的需要
日本在80年代发现了R-04C、R-09C等不同类型陶瓷并报道了其介
电性.能。
6
我国微波介质陶瓷的发展
在我国直到20世纪80年代初才开始有微波介质陶瓷材料 方面的研究，20世纪90年代以来，我国开始重视研发新型 微波介质陶瓷材。 目前，随着国家越来越重视微波介质元器件的发展， 《中国制造2025》指出加快微波功能模块，微波介质陶瓷， 4G通信产业相关发展。 我国在微波介质陶瓷领域的研究水平正在逐渐接近发达 国家。研发拥有自主知识产权的微波介质陶瓷新材料及新 型微波元器件对提高我国电子信息领域的国家竞争力具有 重要的战略意义
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7
4 微波陶瓷的发展趋势
低成本 微型化
生产大 规模化
低损耗
高稳定
化
陶瓷材料-4-功能陶瓷
八面体间隙和四面体间隙相互连通。
③导电陶瓷
正离子在晶格中可能占据位置的投影图 （a）绝缘体；（b）离子导体
离子导电常存在明显的各向异性。 例如β-Al2O3在c方向上的电导比在其他方向上大许多，
这是由于离子通道存在明显的方向性。
③导电陶瓷
掺杂可能改变陶瓷材料的导电性。 例如在ZnO中掺杂Al3+ 可以增加材料的导电性，
b.加入适量外加剂，以形成足够的玻璃相并包裹细晶的原顽 辉石，防止它的晶型转化。
c.加入能与MgSiO3生成固溶体的物质，例如加入少量MnO 或MnSiO3，与其生成固溶体，必然会影响其晶型转化，减低 老化现象。
d．控制冷却制度，在900℃以上进行快冷，以便生成细晶 结构，防止老化。
③导电陶瓷
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要 是其绝缘性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘 性能外，人们更关心的是陶瓷材料的导电能力。目 前高温超导氧化物的导电能力已超过金属，得到应 用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从良导体到绝缘 体的范围。
＞120℃—立方晶 胞 6℃～120℃—四方晶胞
-90℃～6℃—斜方晶胞
＜-90℃—三方晶胞
①电容器陶瓷
铁电材料---Ⅳ型
晶粒越小，单个晶粒里面 的铁电畴越小，相互影响 越小。越容易极化。
•提高居里温度 •使居里峰变宽
改变相变温度使介电常数峰值处于可利用的温度范围。
加入溶质原子，阻碍相 变过程，提高居里温度
正温度系数陶瓷的主要用途：温度控制与 测量、等温发热体、过热保护等。 此外，还 可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程 控电话保安器及冰箱电机的启动器等。
BaTiO3陶瓷是否具有正温度系数效应，完 全由其晶粒和晶界的电性能决定。只有晶粒 充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的 BaTiO3陶瓷才有显著的PTC效应。
③导电陶瓷
正离子在晶格中可能占据位置的投影图 （a）绝缘体；（b）离子导体
离子导电常存在明显的各向异性。 例如β-Al2O3在c方向上的电导比在其他方向上大许多，
这是由于离子通道存在明显的方向性。
③导电陶瓷
掺杂可能改变陶瓷材料的导电性。 例如在ZnO中掺杂Al3+ 可以增加材料的导电性，
b.加入适量外加剂，以形成足够的玻璃相并包裹细晶的原顽 辉石，防止它的晶型转化。
c.加入能与MgSiO3生成固溶体的物质，例如加入少量MnO 或MnSiO3，与其生成固溶体，必然会影响其晶型转化，减低 老化现象。
d．控制冷却制度，在900℃以上进行快冷，以便生成细晶 结构，防止老化。
③导电陶瓷
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要 是其绝缘性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘 性能外，人们更关心的是陶瓷材料的导电能力。目 前高温超导氧化物的导电能力已超过金属，得到应 用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从良导体到绝缘 体的范围。
＞120℃—立方晶 胞 6℃～120℃—四方晶胞
-90℃～6℃—斜方晶胞
＜-90℃—三方晶胞
①电容器陶瓷
铁电材料---Ⅳ型
晶粒越小，单个晶粒里面 的铁电畴越小，相互影响 越小。越容易极化。
•提高居里温度 •使居里峰变宽
改变相变温度使介电常数峰值处于可利用的温度范围。
加入溶质原子，阻碍相 变过程，提高居里温度
正温度系数陶瓷的主要用途：温度控制与 测量、等温发热体、过热保护等。 此外，还 可用于彩电消磁器、节能用电子整流器、程 控电话保安器及冰箱电机的启动器等。
BaTiO3陶瓷是否具有正温度系数效应，完 全由其晶粒和晶界的电性能决定。只有晶粒 充分半导体化，晶界具有适当绝缘性的 BaTiO3陶瓷才有显著的PTC效应。
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 高介 半导体电介质陶瓷
5
阻挡层电容器(第三类介电材料)
(b)内绝缘阻挡层
Barrier-layer capacitors
Internal barrier layers
导致材料具有很大有效介电常数的再氧化绝缘薄层，其性 质同压敏电阻相似。由于在半导体晶粒表面上存在着肖特 基绝缘阻挡层，这将使得它们具有与两个背对背二极管相 同的特性。由于其电流必须较低，因而工作电压也受到限 制。为了使材料满足抗高压性能的要求，在电极之间应存 在大量的这种陶瓷绝缘阻挡层，另外还含有晶界相，在氧 化作用下，其中的氧离子和杂质离子能扩散到晶面。
9
阻挡层电容器(第三类介电材料) (c)计算模型
设 则每个单元的电容 晶体块状材料的电容 由于单位面积存在 个小块，则单位面积的电容C为:
电介质的有效相对介电常数可求得 若 则
在实际中是可以得到这样结果，且通常其tanδ为0.03。
10
内阻挡层电容器结构示意图
11
11
阻挡层电容器(第三类介电材料)
AST掺杂的范围较宽，重复性也较好。
22
BaTiO3瓷的半导化机理
4. 工业纯原料原子价控法的不足 对于工业纯原料，由于含杂量较高，特别是含有Fe3+、 Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等离子， 它们往往在烧结过程中取代BaTiO3中的Ti4+离子而成为受 主，防碍BaTiO3的半导化。例如：
半导体瓷——晶界效应及表面效应
13
1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、表面层 电容器 2. NTC热敏半导体瓷（由Cu、Mn、Co、Ni、Fe 等过渡金属氧化物烧成，二元、三元、多元 系）→NTC热敏电阻
阻挡层电容器(第三类介电材料)
(b)内绝缘阻挡层
Barrier-layer capacitors
Internal barrier layers
导致材料具有很大有效介电常数的再氧化绝缘薄层，其性 质同压敏电阻相似。由于在半导体晶粒表面上存在着肖特 基绝缘阻挡层，这将使得它们具有与两个背对背二极管相 同的特性。由于其电流必须较低，因而工作电压也受到限 制。为了使材料满足抗高压性能的要求，在电极之间应存 在大量的这种陶瓷绝缘阻挡层，另外还含有晶界相，在氧 化作用下，其中的氧离子和杂质离子能扩散到晶面。
9
阻挡层电容器(第三类介电材料) (c)计算模型
设 则每个单元的电容 晶体块状材料的电容 由于单位面积存在 个小块，则单位面积的电容C为:
电介质的有效相对介电常数可求得 若 则
在实际中是可以得到这样结果，且通常其tanδ为0.03。
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内阻挡层电容器结构示意图
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阻挡层电容器(第三类介电材料)
AST掺杂的范围较宽，重复性也较好。
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BaTiO3瓷的半导化机理
4. 工业纯原料原子价控法的不足 对于工业纯原料，由于含杂量较高，特别是含有Fe3+、 Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等离子， 它们往往在烧结过程中取代BaTiO3中的Ti4+离子而成为受 主，防碍BaTiO3的半导化。例如：
半导体瓷——晶界效应及表面效应
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1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、表面层 电容器 2. NTC热敏半导体瓷（由Cu、Mn、Co、Ni、Fe 等过渡金属氧化物烧成，二元、三元、多元 系）→NTC热敏电阻
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5.5 微波介质陶瓷
实现微波设备的小型化、高稳定性和廉价的途径是微波电
路的集成化。由于金属谐振腔和金属波导体积和重量过大，
大大限制了微波集成电路的发展，而微波介质陶瓷制作的
谐振器与微波管、微带线等构成的微波混合集成电路，可
使器件尺寸达到毫米量级。这就使微波陶瓷成为实现微波 控制功能的基础和关键材料。它的应用大致分为两个方面. 从而对性能也有两种不同要求: 一种是用于介质谐振器(dielectric resonator )DR的功能 陶瓷，其中用于包括带通(阻）滤波器(filters )、分频器、 耿氏二极管、双工器和多工器、调制解调器(modem）等 固体振荡器(oscillators)中的稳倾元件;
P.R.China: 6 companys mainly
浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任 公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电 子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、 张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子 股份有限公司
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1.4.5 微波介质陶瓷
最简单的电介质谐振器是一个相对介电常数为εr的陶瓷圆 柱体，其εr值很高，足以使得电介质－空气界面上反射的 电磁波仍维持在体腔内。
Avoidance Sensors Dielectric Resonator Antennas Motion Detectors
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Famous company
Japan: Murata村田制作所 Germany: EPCOS(S+M) USA: Skyworks Solutions Inc. 陶瓷分部 Trans-Tech USA: Narda Microwave-West Mini-Circuits England: Morgan Electro Ceramics
微波信号由于其频率极高，波长极短，具有如下特点： 由于频率高，信息容量大，所以十分有利于在通信技术
领域中应用。 可进行直线传播，具有很强的传播方向性．以及高能量
和对于金属目标的强反射能力。因此，在雷达、导航等 方面有利于提高发射和跟踪目标的准确性。 对不同介质具有强穿进和强吸收能力。从面可实现穿透 高空中电离层的卫星通信。进行微波医疗诊断、微波探 伤，以及作为微波吸收材料和发热体。 微波设备的数字化可实现通信的保密性。
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分米波 VHF
厘米波 SHF
毫米波 亚毫米 EHF SEHF
Frequency bands covered by the various wireless technologies (*includes ‘Bluetooth’; Harald Blatand (Bluetooth) was a famous King of Denmark c.960 who is known for encouraging communication between people).
(VHF)， 厘米波段： λ =10cm-1cm，f=3GHz-30GHz，超高频段
(SHF)； 毫米波段： λ =1cm-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱmm，f=30GHz-300GHz，极高频
段(EHF) 亚毫米波段： λ =1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，
极超高频段(SEHF)。
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1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
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1.4.5 微波介质陶瓷
微波陶瓷的介电性能
介质谐振器的典型工作模式
由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要 特性参数(εr 、tgδ、 τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由 于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生， 而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起 主要作用的是金属离子位移式极化。
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Applications for Temperature Stable Dielectric Resonators
Typical Applications Cellular Base Station
Filters and Combiners PCS/PCN Filters and Combiners Direct Broadcast Satellite Receivers Police Radar Detectors LMDS/MMDS Wireless Cable TV Automobile Collision
微波介质陶瓷 (Microwave dielectric
ceramics)
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1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
在电磁辐射的全频谱中,通常将甚高频(30-300 MH z)至近红 外(750 GHz)波段标为微波。一般常将微波波段定义为300 MHz-3000 GHz，其波长范围为1m-0.1mm，即分米波至亚 毫米波。其中又划分为四个波段。 分米波段：λ=1m-10 cm，f=300 MHz-3GHz，甚高频段
Dielectric Filter
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在微波电路中的应用主要有以下几方面： 用作微波电路的介质基片 起着电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘作用； 用作微波电路的电容器 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 用作微波电路的介质天线 起着集中吸收储存电磁波能量的作用； 用作微波电路的介质波导 起着导引电磁波沿一定方向传播的作用； 用作微波电路的介质谐振器件（最主要应用） 起着类似于一般电子线路中LC谐振电路的作用
另一种则是用于微波电路中的介质陶瓷。其中包括用于 微波集成电路(MIC)介质基片、介质波导、微波天线 (Antennae)及微波电容器等。
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Dielectric Resonators
谐振器件
介质波导
Dielectric Patch Antenna
微波天线
微波滤波器 介质基片 介质电容器