Anorganische Barium-Strontium-Titanat-Komposite für die Hochfrequenztechnik von Kohler,  Christian

Anorganische Barium-Strontium-Titanat-Komposite für die Hochfrequenztechnik

Material- und Bauteilentwicklung

Diese Arbeit stellt die Entwicklung von anorganischen Barium-Strontium-Titanat (BST)- Kompositen als maßgeschneiderte Werkstoffe für die Hochfrequenztechnik vor. Hierbei steht zuerst eine eingehende Analyse der Prozess-Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen der Materialien im Fokus, um dann anschließend an ausgewählten Zusammensetzungen die Tauglichkeit als steuerbares Dielektrikum integriert in Mikrowellenbauteilen zu analysieren und zu demonstrieren. Die Entwicklung der BST-Komposite setzt dabei an bisherigen Ausschlusskriterien für reine BST-Funktionskeramiken in der Praxis an, wobei zwei unterschiedliche Konzepte verfolgt werden.
Der erste Ansatz zielt darauf ab, durch die Zugabe geeigneter Additive primär die Sintertemperatur von BST-Vollkeramiken und –Dickschichten herabzusetzen, um unter Beibehaltung guter dielektrischer Eigenschaften die Herstellung von kogesinterten Multilagenvaraktoren zu ermöglichen und neue Anwendungsgebiete wie die LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)-Technologie zu eröffnen. Als Additivsystem kommt hierbei ein ZnO-B₂O₃ (ZB)-Gemisch zum Einsatz, welches in unterschiedlichen Mengen zu undotiertem und CuF-kodotiertem BST hinzugefügt werden. Bereits geringe Zusätze des Additivsystems können die Sintertemperaturen der Komposite drastisch auf Temperaturen zwischen 800 und 1000°C herabsetzen, wobei die dielektrischen Eigenschaften nahezu beibehalten werden.
Der zweite Ansatz anorganischer BST-Komposite beinhaltet die Entwicklung von kristallinen Kompositen von BST mit der dielektrischen keramischen Phase Mg₃B₂O₆ (MBO). Vornehmliches Ziel ist hierbei die Herabsetzung bisheriger Einschränkungen von BST-Keramiken wie die hohe Permittivität sowie die hohen dielektrischen Verluste bei Frequenzen im GHz-Bereich. Diese Werte werden eingehend im Abgleich mit theoretischen Modellen an den hergestellten Komposit-Vollkeramiken ermittelt und Perkolationswerte erschlossen. Zusätzlich werden BST-MBO-Dickschichten auf MBO-Substraten hergestellt, welche eine deutliche Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften im Vergleich zu konventionell gesinterten Dickschichten auf Al₂O₃ ergeben.
Basierend auf den entwickelten BST-Kompositen werden erste vollständig siebgedruckte Multilagenbauteile in Form von vertikalen Varaktoren und Phasenschiebern realisiert. Hierbei werden die Komposit- sowie Silberpasten über Siebdruck auf Al₂O₃- sowie teilweise auch auf MBO-Substrate gedruckt und bei 850°C kogesintert. Die Funktionalität der so erstellten Bauteile wird durch eine gute Haftung der Schichten ohne ein Auftreten von Reaktionen oder eine Infiltration von Silber in die poröse BST- Kompositschichten gewährleistet. Auf diesem Wege können L-/S-/C- und X-Band- Leitungsphasenschieber realisiert werden. Die hierbei verwirklichten Kenndaten der Phasenschieber mit Δφmax = 160° sowie FoM = 60°/dB bei Anwendungsfrequenzen von 1,7 bzw. 8 GHz je nach Wahl der Kompositzusammensetzung stellen eine signifikante Verbesserung dieser Werte im Vergleich zu denen bisheriger vollständig gedruckter Phasenschieber dar. Abschließend wird die Tauglichkeit der vorgestellten niedrigsinternden BST-Kompositzusammensetzungen für die LTCC-Technologie anhand eines LTCC-integrierten Phasenschiebers in einem Multilagenmodul demonstriert.

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Die Publikation Anorganische Barium-Strontium-Titanat-Komposite für die Hochfrequenztechnik - Material- und Bauteilentwicklung von ist bei Shaker erschienen. Die Publikation ist mit folgenden Schlagwörtern verschlagwortet: Barium-Strontium-Titanat, Glas-Keramik-Komposite, Steuerbare Dielektrika. Weitere Bücher, Themenseiten, Autoren und Verlage finden Sie hier: https://buch-findr.de/sitemap_index.xml . Auf Buch FindR finden Sie eine umfassendsten Bücher und Publikationlisten im Internet. Sie können die Bücher und Publikationen direkt bestellen. Ferner bieten wir ein umfassendes Verzeichnis aller Verlagsanschriften inkl. Email und Telefonnummer und Adressen. Die Publikation kostet in Deutschland 48.8 EUR und in Österreich 48.8 EUR Für Informationen zum Angebot von Buch FindR nehmen Sie gerne mit uns Kontakt auf!