现代移动通信、无线局域网、军事雷达等设备正趋向于小型、轻量、高频、多功能及低成本化方向发展，对以微波介质陶瓷为基础的微波元器件提出了更高的要求。为满足此要求，利用低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics，简称LTCC）技术设计制造片式多层微波器件已成为当今的研究热点。低温共烧技术的核心是研制能与高电导率Ag或Cu电极共烧的LTCC微波介质陶瓷。Ca[(Li_1／3Nb_2／3)，Ti]O_3-δ（CLNT）、MgTiO₃陶瓷具有介电常数适中、介电损耗低、频率温度系数可调等特点，如能降低烧结温度，并和LTCC技术制造工艺匹配，将是理想的LTCC介质材料。目前，已有部分低温烧结的研究报道，但存在以下问题：（1）液相烧结机制研究少，降温困难；（2）烧结温度可降至Ag电极熔点以下，但低烧陶瓷介电性能大幅度降低，如添加2wt％B₂O₃-6wt％Bi₂O₃复合助剂的CLNT陶瓷在920℃烧结致密，Q×f急剧恶化，仅为10600GHz；（3）材料研发与器件设计和制备工艺相脱节，材料的工艺匹配性较差。如由于B₂O₃易与粘合剂发生胶凝反应，添加B₂O₃助剂的陶瓷粉料经流延工艺不能获得高密度的生瓷带。本文从材料制备与器件设计、制造工艺相结合的角度出发，以CLNT和MgTiO₃陶瓷为研究对象，通过不同烧结助剂对陶瓷体系降温效果研究，揭示出低温烧结内在机制；系统研究了各种烧结助剂对微波介质陶瓷烧结特性、相组成、微观结构和介电性能的影响，阐明低温烧结陶瓷相组成、微观结构与介电性能之间的内在规律；研究了LTCC微波介质陶瓷CLNT和MgTiO₃工程化应用问题（料浆特性及其与Ag电极的共烧行为）；通过降温效果、介电性能、料浆特性以及与银电极共烧等方面协调优化，获得最佳烧结助剂及工艺条件。在此基础上，构建多层片式微波器件模型，通过器件仿真，利用LTCC技术制造工艺制备出满足性能要求的片式多层带通滤波器。（一）通过添加剂对CLNT和MgTiO₃陶瓷降温效果研究，结合陶瓷烧结特性、相组成和微观结构，揭示出低温烧结微波介质陶瓷液相烧结机制，为烧结助剂的选择提供依据。（1）烧结助剂与基体材料反应形成低温液相，可有效促进陶瓷的低温致密烧结。添加Bi₂O₃的CLNT陶瓷，在烧结过程中，Bi₂O₃与基体材料反应形成Li₂O-Bi₂O₃、Bi₂O₃-ZiO₂等低熔点液相；LiF可与CLNT反应生成CaF₂等第二相物质，LiF同CaF₂在766℃共熔成液相；Bi₂O₃和V₂O₅与MgTiO₃基体材料在低温下反应生成Bi₄V_1.5Ti_0.5O_10.85、BiVO₄等新相，在815～850℃，新相熔化成液相。（2）硼硅酸盐玻璃具有较低的软化温度，低温下可转变成低粘度的玻璃液相，有效降低陶瓷的烧结温度。ZnO-B₂O₃-SiO₂（ZBS）和Li₂O-B₂O₃-SiO₂（LBS）玻璃的软化温度分别为638℃和402℃，可分别降低CLNT和MgTiO₃陶瓷的烧结温度至930℃和890℃。（3）与单一助剂相比，复合烧结助剂有着更好的降温效果。Bi₂O₃、ZBS助剂可分别将CLNT陶瓷的烧结温度降至1020℃和930℃。复合添加Bi₂O₃和ZBS玻璃，形成低软化点的ZnO-Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂玻璃液相，促使CLNT陶瓷在900℃烧结致密。采用复合添加LiF和ZBS玻璃助剂，氟离子部分取代ZBS玻璃骨架中的桥氧，使玻璃负离子团解聚，导致玻璃熔体粘度降低，加速液相烧结进行。（二）揭示出低温烧结陶瓷相组成、微观结构与介电性能之间的内在规律。研究表明：（1）第二相物质（包括引入的烧结助剂以及反应生成的杂质相）对陶瓷介电性能产生重要影响。低介高损耗的ZBS和LBS玻璃可分别使CLNT和MgTiO₃陶瓷ε_r和Q×f值降低，τ_f向负值方向移动；复合添加Bi₂O₃和V₂O₅的MgTiO₃样品，当V₂O₅添加量为1～2mol％时，Bi₂O₃和V₂O₅与基体材料反应生成大量高介电损耗的Bi₂Ti₂O₇和Bi₄V_1.5Ti_0.5O_10.85相，造成陶瓷低的Q×f值。当V₂O₅添加量增加，此两相逐渐减少并消失，Q×f值急剧增加。（2）陶瓷体微观结构（如气孔、晶粒）也是影响介电性能的一个重要因素。Bi₂O₃等物质的挥发造成CLNT陶瓷气孔含量增加，体积密度ρ和ε_r减小，Q×f值下降；LiF等的挥发造成CLNT陶瓷的多孔结构，ρ和ε_r随LiF含量增加急剧下降；BiVO₄导致MgTiO₃晶粒的异常长大，造成结构不均匀性增加，Q×f急剧下降。（3）晶格缺陷对材料的介电性能产生较大影响。复合添加Bi₂O₃和ZBS玻璃的低烧CLNT陶瓷中，由于Bi³⁺在钙钛矿的A位对Ca²⁺的不等价置换，形成Ca²⁺空位，使晶格松弛，造成ε_r增大，Q×f显著下降，τ_f向负值方向移动；LiF和ZBS玻璃协同作用，引起Ca[(Li_1／3Nb_2／3)，Ti]O_3-δ相向化学计量Ca[(Li_1／4Nb_3／4)，Ti]O₃相转化，降低了陶瓷体中的氧空位，对提高Q×f值有利。（三）系统研究了LTCC微波介质陶瓷料浆特性、Ag电极共烧行为等工程化应用技术，为LTCC微波介质陶瓷产业化奠定基础。（1）V₂O₅易与PVB、PVA等粘合剂发生胶凝反应，导致添加Bi₂O₃-V₂O₅助剂的MgTiO₃陶瓷料浆粘度很大，不适宜流延，将Bi₂O₃-V₂O₅预反应形成BiVO₄可以克服MgTiO₃陶瓷因游离V₂O₅存在而难以流延的问题。（2）添加LiF的CLNT陶瓷与Ag电极共烧界面清晰，但由于两者收缩不匹配，造成分层现象，而且Ag电极有着不规整多孔结构，限制了该陶瓷材料的应用，而采用LiF-ZBS玻璃复合助剂，解决了单独添加LiF引起Ag电极多孔结构的问题。（3）添加Bi₂O₃-ZBS或LiF-ZBS的CLNT陶瓷和添加LBS玻璃的MgTiO₃-CaTiO₃陶瓷，避免了B₂O₃等助剂对陶瓷料浆特性的不利影响，流延得到的膜片表面光洁，陶瓷与Ag电极共烧界面结合状况良好，化学相容性好，无明显扩散反应现象。（四）通过降温效果、介电性能、料浆特性以及与银电极共烧等方面协调优化，获得两种介电性能优良的能产业化应用的配方及工艺。（1）选用LiF和ZBS玻璃协同降低CLNT陶瓷的烧结温度，制备出在900℃烧结致密的LTCC微波介质陶瓷，其介电性能为：ε_r=34.28，Q×f=17400GHz，τ_f=-4.6×10^-6／℃。与文献报道相比，低温共烧CLNT陶瓷Q×f值有大幅度的提高。（2）采用低软化点的自制LBS玻璃为烧结助剂，通过引入CaTiO₃组分协调MgTiO₃陶瓷的τ_f值，在890℃烧结，制备出介电性能为ε_r=16.38，Q×f=11640GHz，τ_f=-1.45ppm／℃的LTCC微波介质陶瓷。与文献报道相比，ε_r明显提高，Q×f值得到改善。（五）基于片式多层滤波器的结构和设计原理，采用宽边耦合带状线模型，借助Ansoft HFSS软件进行带通滤波器的结构构建和性能仿真。采用添加LiF-ZBS复合助剂的CLNT陶瓷为介质层，通过LTCC技术制造工艺，制备出外形尺寸为3.2mm×1.6mm×1.4mm，中心频率1.907GHz，带宽＞100MHz，插入损耗2.07dB，驻波比为17.9dB，f₀-0.450MHz处的阻带衰耗为53.2dB的片式多层带通滤波器。其性能指标达到日本Murata同类产品水平。