5G陶瓷滤波器关键材料—微波介质陶瓷 窄带滤波器

　　陶瓷介质滤波器具有尺寸小、重量轻、Q值大等优点，在5G领域的应用占有绝对优势，发展潜力巨大，而生产陶瓷介质滤波器的关键材料就是微波介质陶瓷。

　　微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路（主要是300MHz~300GHZ频段）中的一种新型陶瓷功能材料。

　　在微波频段下，各种极化机制稳定，材料的介电常数基本不随频率的变化而变化，因此根据介电常数的大小可将其归为低介、中介和高介3大类。

　　高介微波介质陶瓷能促进微波通讯设备、谐振器的小型化和集成化，在高电容量的集成电路中以及低频下工作的通讯设备中应用广泛。

　　微波介质陶瓷粉体并不是单一的材料，而是多种材料按比例混合的材料体系，而在制备的过程中，还会添加稀土氧化物，众多研究说明适量稀土元素的掺杂可改善微波介质陶瓷的烧结性、致密度以及介电性能。

　　固相反应法是一种传统的工艺方法，具有工艺成熟，便于操作，性价比高等优点，适用于批量生产，是当前工业生产采用最多的方法。但其存在烧结温度较高，容易形成第二相和局部晶粒异常长大等缺点，影响微波介电性能。

　　溶胶-溶胶法是通过金属络合物溶液与无机盐在特定的pH值下，形成透明溶胶，再将其煅烧除去有机成分，便可得到均匀的、颗粒很细的原始粉末，在很大程度上提高了瓷料组成的均匀性、结构均匀性和结构致密性，大大降低了陶瓷烧结温度并缩短烧结周期，可减少或避免第二相的生成，有利于提高材料的介电性能，但其粉料成本较高，工艺复杂，工艺参数不易控制，生产周期较长，较难实现产业化。

　　水热法是反应在密封的压力容器中进行，以水溶液为介质，粉末的形成经历溶解到结晶的过程，无需昂贵的醇盐，很多材料在低温下就可以直接合成，避免由于预烧所造成的晶粒长大、缺陷和杂质侵入。

　　沉淀法是利用各组分元素的可溶性金属盐类按一定比例配置成溶液，加入适量的沉淀剂使金属离子均匀沉淀，通过调节溶液的浓度和pH值等来控制粉体的性能，煅烧后得到氧化物的均匀混合体。方法简单，易于规模化生产，成本低，但会产生团聚或组分不均匀影响介电性能。

　　粉体材料制备过程具有技术难度，如以碳酸钡为原料的水热法包括溶解、钛酰化、干燥、水热、再次干燥等过程，酸碱控制不合理、 生成杂质等都将损害粉体质量，最终影响滤波器的性能。

　　微波介质陶瓷应用广泛，窄带滤波器因具有高频介电损耗低，介电常数适中，谐振频率温度系数小等良好的微波介电性能，可用作微波电路的介质基片、介质天线、介质谐振器、介质滤波器等。

　　5G陶瓷介质滤波器中的电磁波谐振发生在陶瓷介质材料内部，因此对于微波介质陶瓷材料的性能提出更高的要求，微波陶瓷的介电性能指标主要是介电常数、品质因数Q、谐振频率温度系数三个：

　　高介电常数可实现滤波器尺寸小型化设计，但介电常数并不是越高越好，介电常数过高会影响输送损失，因此需考虑滤波器的设计要求来选择合适的介电常数。微波介质陶瓷的介电常数主要取决于材料结构中的晶相和制备工艺。

　　品质因数Q越高，通频带越窄，电路选择性越好，能实现更好的滤波功能。Q值与介电损耗tanδ成反比关系，Q值越大，滤波器插损越低。材料结构均一，高致密，晶粒生长均匀，减少杂质和缺陷可提高Q值。

　　谐振频率温度系数接近于零可实现滤波器的高稳定性和高可靠性，频率温度系数主要由材料的线性膨胀系数和介电常数决定。

　　陶瓷粉体决定了介质滤波器的性能，粉体的配方与制备的难度较高。只有拥有好的材料配方才能获得在一定使用条件下的高Q值介质陶瓷，可以说自有粉体配方是陶瓷滤波器厂商的核心竞争力。粉体配方的滤波器厂商可以通过采买原材料自行调配，免于向粉体厂商采买，不仅节约成本费用，更便于根据客户定制化要求对滤波器的相关参数进行调整。目前国内已有多家滤波器厂商研发出陶瓷粉体的独家配方，包括艾福电子、灿勤科技、国华新材料、武汉凡谷、佳利电子、嘉康电子等；陶瓷粉体相关企业有村田、京瓷、金川电子、华星电子、国瓷等。

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