微波铁氧体介电常数研究进展及回顾

微波铁氧体材料的介电常数是器件设计的重要参数。随着微波铁氧体器件小型化的迅猛发展,市场对高介电常数微波铁氧体材料提出越来越迫切的需求,特别是窄线宽高介电常数石榴石材料。提高介电常数ε?便成为了微波铁氧体材料研究的热点之一。回顾了微波铁氧体材料介电常数的研究进展,如早期报导的尖晶石型和石榴石型材料的介电常数及其温度特性,离子代换对YIG、Li系、Ni系铁氧体介电常数的影响等;着重介绍了石榴石铁氧体材料的介电常数研究概况,包括近期研发的ε?=25?30的高介电常数Bi:YCaZrVIG材料;对该材料中Bi3+离子的作用进行了分析。     

基于电场有限元分析的非接触法相对介电常数测量结果的修正方法

为了提高基于非接触法的相对介电常数测量的准确性,利用电场有限元分析建立对应的模型并获得了电极及其附近的电场和电位分布.分析了电极系统存在的边缘效应,给出了其对相对介电常数测量结果的影响.分析了潜在因素对非接触法测量误差的影响,确定了修正时需要考虑的因素为电极间隙距离、试样厚度与电极间隙距离之比和试样的相对介电常数.根据电极间隙距离、距离比、相对介电常数测量值到相对介电常数真实值的关系,采用三维插值法和匹配法修正测得的相对介电常数.采用仿真对修正方法进行了验证并针对实测高温硫化硅橡胶相对介电常数使用了该方法,结果验证了该方法的有效性.结果 表明:随着电极间隙距离和试样相对介电常数的增加误差幅值增大,随距离比的增加误差存在减小的趋势.对电极间隙距离、距离比和相对介电常数分别在0.2～5 mm、0.5～1和1～20内建模获得2 380组相对介电常数的真实值和计算值,发现相对误差在-0.37％～-41.72％内变化.     

低介电常数聚酰亚胺材料制备的研究进展

综述了近年来国内外低介电常数聚酰亚胺材料的制备方法,重点讨论多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)和介孔氧化硅在降低聚酰亚胺介电常数方面的应用,并对低介电常数聚酰亚胺材料的发展前景进行了展望。     

带金属法兰的110kV盆式绝缘子局部放电特性研究

在对大量的盆式绝缘子电气性能测试过程中,发现带有金属法兰的盆式绝缘子在正常测试条件下,局部放电测试存在不稳定的现象。文中通过三维有限元仿真分析同时结合验证性试验,从理论和实验上确认了该现象发生的根本原因在于外围金属法兰与环氧树脂浇注材料间的气隙宽度偏低,最终导致气隙发生局部放电。同时仿真结果表明:气隙宽度和环氧浇注材料的介电常数对气隙电场有较大影响,气隙宽度越小,相应气隙电场越大;介电常数越大,相应气隙电场越大。针对查找出的问题点,提出通过改变填料的比例份数来调节环氧树脂浇注材料的介电常数和气隙宽度,达到了优化气隙电场的目的,提高了产品的合格率。     

在直流偏置电压下的材料介电常数测试系统设计

集成型电磁干扰滤波器是抑制电力电子传导电磁干扰的一种有效手段,其结构中多采用高介电常数材料。为预测高介电常数材料在电力电子运行环境下的性能,需要完成其在该环境下的测试。因此提出了一种可用于阻抗测试仪器的直流偏置下电容测试电路,可以测量高直流偏置电压下的电容阻抗。根据电容自放电时间常数的大小,分成两种工作模式,可以完成材料在电力电子应用环境下的介电常数性能测试。以此测试电路为工具对Ca Cu_3Ti_4O_(12)陶瓷材料的介电常数特性进行了测试。通过建立电阻、电感和电容的高频模型,利用解析法提取其寄生参数,并将其用于测试数据的处理。通过一个实例测试,对测试系统的有效性进行了验证。     

同轴谐振腔测量片状介质材料的介电常数

基于同轴谐振腔,提出一种测量低损耗片状介质材料相对介电常数的方法。结合麦克斯韦方程组和电磁场边界条件,分析部分填充介质的同轴谐振腔内TEM谐振模,推导填充介质同轴谐振腔的本征方程。采用多项式拟合法简化计算模型。本文通过计算分析,设计一个空腔工作频率在1.8183 GHz的同轴谐振腔进行研究。在HFSS电磁仿真软件中进行仿真分析,研究填充介质材料的厚度和放置高度对测量结果的影响,仿真测量结果与理论模型结果一致。在实验中搭建测量系统实现全自动测量。实验测量同轴谐振腔空腔的谐振频率为1.8183 GHz。对FR4介质材料的相对介电常数进行测量。经过多次测量表明测量系统稳定性良好。实验结果符合实际标称值,与仿真误差小于5%,证明该方法的可行性和准确性。     

高灵敏度溶液介电常数测量探头

文中提出一种适用于溶液介电常数测量的高灵敏探头。采用时域有限差分(FDID)分析其电磁场分布及测量端口反射系数与溶液介电常数的关系。通过实验测量证明该探头对溶液的介电常数变化敏感，经数值计算反演介电常数与Debye公式计算结果相吻合。     

适用于测量薄片材料复介电常数的改进TE01n腔法

本文提出一种适用于测量薄片材料复介电常数的改进TE01n谐振腔法.本方法将待测样品从短路活塞处抬高,即在待测薄片样品下面垫上已知复介电常数材料,以提高测量系统的灵敏度;如有必要也可以在待测薄片样品的上面压上一块已知复介电常数材料,提高样品材料的平整度,以减少空气隙带来的误差.文章推导了TE01n腔测量多层介质的理论计算公式,只要知道垫片和压块介质材料的复介电常数,通过实验测量和软件计算,就可以求得中间待测薄片的复介电常数.运用这种改进方案,我们对几种样品进行了测量,取得了较满意的结果.     

无线电材料的介电常数的一种扫频测试法

目前,有许多方法可以用于测量微波材料的介电常数,但它们多属于点频测量,通常,测试频率选为10GHz。这在十年前还可满足应用,而对于现在工作频率为1.9GHz和2.4GHz,带宽为800MHz～900MHz的无线电产业来说,在10GHz频率点测试材料,却在2GHz左右的频率上工作,必然导致误差,影响电路工作。本文介绍一种扫频测量法,它能在用户的准确工作频率上给出材料的性能。因而消除了因测量与工作频率不一致所产生的误差。该方法就是用一根微带传输线扫过所要测量的频带,测出S参数中的S_(11)和S_(21),再将它们代入一较简单方程,就可得到所需频率或频带上的介质的精确介电常数。这种测量法对于多种类型和厚度的材料得到的精度与已公布的数据相比,误差不超过1％。     

圆柱腔复介电常数高温测试系统

围绕微波介质材料复介电常数高温测试关键技术进行系统设计,利用圆柱腔精确场解法实现材料介电性能变温特性测试。设计了TM_(010)模圆柱谐振腔,采用快速移动平台和感应加热技术,搭建了变温测试系统,实现了915 MHz,最高1 400℃的复介电常数快速自动化测试。针对测试系统受热后对测试结果的影响,提出了实时变温校准技术,减小了夹具介电波动引入的误差。以熔融石英为例进行重复性测试并与已有文献作对比,结果表明介电常数和损耗角正切高温下测试偏差分别在2%和6%以内。     

高介电常数的聚合物基纳米复合电介质材料

高介电常数的聚合物基电介质材料无论是在电力工程,还是在微电子行业都具有十分重要的作用。研究中主要以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体,以纳米和微米尺度的高介电常数的铁电陶瓷钛酸钡(BT)的前驱体粉末为功能添加组分,采用特殊的工艺制备了高介电常数的聚合物基纳米功能电介质复合材料。研究了制备工艺、添加物含量、以及微米/纳米BT的体积比等因素对复合电介质材料介电性能的影响。发现在无水乙醇中,通过纳米BT与PVDF颗粒之间强烈的吸附作用以及热模压工艺,可以制备高度分散性的BT/PVDF纳米复合材料。同时通过合理的组合微米/纳米BT的体积比,在BT同样的体积含量时,微米/纳米BT的共混物对复合材料介电性能的提高有明显协同效应。利用该效应可以制备介电常数高的聚合物基电介质材料。     

碳纳米管填充的高介电常数聚合物基复合电介质材料

介绍了碳纳米管电性能及其功能化改性、以及利用碳纳米管掺杂聚合物制备柔性高介电常数复合材料的研究现状,发现化学气相沉积法得到的多壁碳纳米管(MWNT)在化学处理前后形成的聚合物基复合材料具有明显不同的分散特性和介电性能.相对于微米级球形导电颗粒填充的复合材料,一维尺度碳纳米管填充的复合材料具有明显低得多的渗流阈值,低渗流阈值可以明显保持聚合物基体优良的机械性能.期望在这一领域从工程电介质的角度做深入的研究工作,以发现碳纳米管在聚合物基复合材料领域所表现出的新特性、新现象.     

Dielectric Constant Measurements Using Dielectrophoretic Levitation

A dielectrophoretic levitation scheme is used to measure the dielectric constant of insulating dieletric liquids and small solid spherical particles. The fixed ring-disk electrode system is first calibrated against a known standard dielectric liquid by levitating a small gas bubble in the liquid at a fixed location. The measurements are then performed by measuring the voltage required to levitate a gas bubble in the unknown liquid at the same location with respect to the electrode structure. A similar procedure is used for solid spherical particles. The system is unique because it requires no detailed knowledge of the electric field. Fabrication of the electrodes does not require precision machining, and the structure is relatively insensitive to leveling. The size of the gas bubble or solid particle is not critical as long as it is much smaller than the electrode structure. The measurement precision is limited by the accuracy of the voltage measurements and by the accuracy to which the dielectric constant (of the standard) and the specific gravities (of the unknown and the standard) are known. The measurements presented support the contention that this method is a simple and reliable method of measuring the dielectric constant of insulating dielectric liquids.     

Integration Challenges of Nanoporous Low Dielectric Constant Materials

The reliable integration of nanoporous low dielectric constant $(k)$ materials is challenging due to their vulnerability to delamination, cohesive cracking, and diffusion. We review selected reliability issues for the integration of nanoporous low-$k$ dielectrics regarding UV curing, diffusion, and damage evolution. Depth-dependent UV curing by the UV standing wave effect is presented. It is demonstrated that significant enhancement in fracture energies at both interfaces of low-$k$ films can be obtained by tailoring UV curing depth profiles and employing the underlying barrier as an optical spacer. The effects of nonionic surfactants on diffusion and damage evolution in nanoporous low-$k$ films are discussed.      

低介电常数聚酰亚胺多孔薄膜的制备

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐和4,4′-二氨基二苯醚为单体,以三聚氰胺为成孔剂,制得一种聚酰亚胺多孔薄膜,并对薄膜的微观结构、力学性能及介电常数等进行测试。结果表明:制备该聚酰亚胺多孔薄膜的成孔工艺简单可行,三聚氰胺成孔剂可用热水溶解的方法去除。多孔薄膜孔洞数量多,且分布比较均匀。薄膜的介电常数较低、力学性能良好、吸湿率较低。当三聚氰胺添加量分别为25%和40%时,聚酰亚胺多孔薄膜的介电常数分别为1.82和1.36,聚酰亚胺多孔薄膜的拉伸强度分别为86 MPa和74 MPa,断裂伸长率分别为15%和10%。     

Coplanar Waveguide Using Ferroelectric Thin Oxide Film: Dielectric Constant

Coplanar waveguide (CPW) transmission lines were fabricated on thin ferroelectric Ba_{1 – x}Sr_xTiO₃ films for tunable microwave applications. The growth of the ferroelectric oxide films was accomplished by a pulsed laser deposition with a partial oxygen background. Microwave properties of the CPW phase shifter were measured using a HP 8510C vector network analyzer from 0.045–20 GHz with –40–40 V of dc bias. A large phase shift angle of 120 at 10 GHz was observed from the CPW (gap = 4m, length = 3 mm) with a 40 V of dc bias change. The dielectric constant of the thin ferroelectric film was extracted from the dimension of the CPW (gap, width, length) and the measured S-parameter by a modified conformal mapping. However, the dielectric constant of the ferroelectric thin film exhibits a gap dependency; dielectric constant (990–830) decreases with increasing gap size (4–19 m, respectively). By adjusting the filling factors of the film, a constant dielectric constant of BST film is found to be 810 ± 5.     

低介电常数电路板用烯丙基化聚苯醚树脂

本文对国外低介电常数印刷电路板用热固性烯丙基化聚苯醚树旨的制备工艺与性能进行了探讨。     

微波烧结高介电常数钛酸钡复合材料的研究

分别采用微波烧结和传统烧结的方法对钛酸钡复合材料进行烧结。从微观结构、烧结后样品的收缩率、样品的电容以及介质损耗因数等几个方面进行了比较分析。结果表明：微波烧结比传统烧结得到的样品具有更致密、更均匀的微观结构。微波烧结对样品线性收缩率终值影响不大,但会增强烧结密度,使开始收缩温度降低20～25℃,得到的样品具有更小的介质损耗。