随着电子信息技术向高速、低耗、宽带、集成化发展,一体化低温共烧陶瓷(LTCC:Low Temperature Co-firing Ceramic)系统级封装及无源集成器件成为解决4G/5G手机和基站电子器件的必然选择。如何突破电子材料的截止频率上限,如何解决LTCC生瓷料带工艺中多层磁性铁氧体与电子陶瓷(电感与电容)之间的界面共烧结,成为该领域急需解决的瓶颈技术问题。研发一种新型的LTCC电子材料,使其在同一频率域既可做电感器材料,又可做电容器材料,同时具有比较低的介电损耗和磁损耗,把这样一种LTCC材料称之为复合磁电双性能LTCC材料。这种复合双性能LTCC材料是目前突破高频上限来实现超宽带无源集成器件的佼佼者,它通过铁氧体与电子陶瓷双相共存、离子互掺杂与替代、双相晶面织构生长而形成。如果在射频段,可采取NiZnCu铁氧体与BaTiO3电子陶瓷复合,以低熔点化合物做低温烧结助熔剂;如果在微波段,可采取旋磁铁氧体与微波陶瓷复合,以低熔点玻璃做低温烧结助熔剂。新型双性能材料既可突破射频段手机无源集成器件的截止频率上限,又可极大降低通信微波基站等器件的损耗,还可解决LTCC工艺中感性/容性界面共融共烧瓶颈,我们的工作就是从这里开始的。本论文主要以低温烧结NiCuZn铁氧体为主体,以钙钛矿介电陶瓷为附体进行双相互扩散掺杂复合研究。实验中我们首先研究了 BaTiO3掺入含量(0～15 wt%)对复合双性能材料成相、微观结构和磁电性能的影响。随着BaTiO3含量的增加,BaTiO3相的衍射峰越来越明显,没有观察到明显的杂相,且晶粒逐渐减小,密度减小。NiCuZn/BaTiO3复合双性能材料的磁性能随着BaTiO3含量的增加而逐渐恶化,饱和磁化强度和磁导率均迅速降低,但介电常数有所增加,且介电损耗也得到改善。随后我们研究了助熔剂Bi2O3、LBBS(Li2O-B2O3-Bi2O3-SiO2)玻璃和LABS(Li2O-Al2O3-Bi2O3-SiO2)玻璃(0～1.5 wt%)对 NiCuZn/BaTiO3 复合双性能材料性能的影响,通过实验我们发现Bi2O3能显著改善复合双性能材料的微观结构和磁电性能。复合双性能材料的晶粒尺寸和密度均随着Bi2O3含量的增加而增大,饱和磁化强度、磁导率也大幅提升,矫顽力减小,介电常数略微增加,介电损耗略微降低。LBBS玻璃和LABS玻璃均能在一定程度上改善NiCuZn/BaTiO3复合双性能材料的性能。相比之下LABS玻璃的助烧作用更为明显。三种助熔剂对于NiCuZn/BaTiO3复合双性能材料微观结构和磁性能的改善作用:Bi2O3>LABS>LBBS,对于介电性能的改善作用:LABS>LBBS>Bi2O3。其次,用NiCuZn铁氧体主体和CaTiO3附体进行互扩散掺杂复合,研究了CaTiO3的掺入含量(0～20 wt%)对材料成相、微观结构、磁性能和介电性能的影响。随着CaTiO3含量的增加,复合双性能材料的密度逐渐减小,晶粒逐渐减小,饱和磁化强度和磁导率都随着CaTiO3含量的增加而逐渐降低,复合双性能材料的截止频率却随之增加。介电常数随着CaTiO3含量的增加而先略微减小再逐渐增加,介电损耗先降低再逐渐升高。紧接着,我们研究了 MABS玻璃助熔剂对复合双性能材料性能的影响,当MABS(MgO-Al2O3-Bi2O3-SiO2)玻璃含量从0增加至1.5 wt%时,复合双性能材料的晶粒尺寸、密度、饱和磁化强度、磁导率、介电常数均逐渐增加,介电损耗逐渐减小。继续增加MABS玻璃含量至2.0 wt%时,复合双性能材料的晶粒尺寸、密度、饱和磁化强度、磁导率、介电常数均有所减小,而介电损耗增加,所以MABS玻璃助熔剂的最佳添加量为1.5 wt%。本章最后再研究了Nd掺杂后的BNTO、CNTO与NCZF铁氧体复合后的双性能材料性能变化。Nd掺杂后的BNTO、CNTO介电常数均有所减小,但QXf值大幅增加。用10 wt%的量与NCZF 铁氧体复合后,对比复合双性能材料的磁导率有:CNTO>BNTO>CTO>BTO,介电常数有:BTO>CTO>CNTO>BNTO,介电损耗有:BTO>CTO>BNTO>CNTO。另外,在NiCuZn/BaTiO3体系基础上,分别研究了用Co2O3取代部分NiCuZn铁氧体和CaCu3Ti4O12(CCTO)取代部分BaTiO3形成的复合双性能材料的磁电性能。Co2O3的加入使复合双性能材料中形成了杂相Ba2Ti9O20相和Ba6Co4012相,原BTO相逐渐减少。但Co2O3的加入也使复合双性能材料中铁氧体晶粒长大,密度逐渐增加。Co2O3含量的增加,NCZF铁氧体含量的减少,使复合双性能材料的饱和磁化强度略微有所减小,且降低了材料的磁导率,但大大增加了材料的截止频率和Q值。与此同时Co2O3的加入减小了复合双性能材料的介电常数,但同时也降低了材料的介电损耗。CCTO的加入并未使材料中产生明显的杂相,且当CCTO含量达到5 wt%及以上,BTO含量降低至5 wt%及以下时,材料中的磁性晶粒尺寸增加,孔隙减少。饱和磁化强度增加,矫顽力降低,磁导率也大幅增加,但Q值受到影响,高Q值频段变窄且向低频移动。CCTO的加入使复合双性能材料的介电常数降低,但当加入量不超过5 wt%时,有助于降低材料的介电损耗。最后,我们设计了一款150MHz低通滤波器,采用ADS电路仿真和HFSS三维模型仿真对设计的滤波器结构进行了优化仿真,仿真结果满足设计指标要求。随后采用我们研究的复合双性能材料和LTCC工艺制作了 0805型150MHz低通滤波器,测试结果基本满足设计指标要求,150MHz频率处衰减小于3 dB,350MHz频率处衰减大于20 dB,证明了新材料的优异双性功能。