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       7月4日，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（“863”計劃）新材料技術(shù)領(lǐng)域“高性能合金與陶瓷材料跨尺度設計與精確控制制備技術(shù)”項目驗收會(huì )在北京舉行，項目順利通過(guò)驗收。其中，由中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員劉志甫負責，上海硅酸鹽所與電子科技大學(xué)共同承擔的“LTCC材料的高通量設計、制備與表征技術(shù)研究”課題已于2月8日由科技部在上海組織了驗收會(huì )，全面完成各項考核指標和研究目標，順利通過(guò)課題驗收。
　　該課題于2015年立項，主要針對電子信息系統小型化、集成化、多層化和高頻化對高性能低溫共燒陶瓷（Low Temperature Cofired Ceramics，LTCC）介質(zhì)材料、磁介質(zhì)復合材料的應用需求，在建立高通量實(shí)驗技術(shù)和平臺的基礎上，重點(diǎn)解決低溫燒結和保持低損耗的矛盾問(wèn)題，從而獲得系列高性能低損耗的LTCC介質(zhì)材料和LTCC磁介復合材料。上海硅酸鹽所主要承擔LTCC材料高通量實(shí)驗技術(shù)及LTCC介質(zhì)材料的研究開(kāi)發(fā)任務(wù)。
　　低溫共燒陶瓷（Low Temperature Cofired Ceramics LTCC）技術(shù)在雷達、航空航天等特種電子裝備以及高性能計算機、無(wú)線(xiàn)通訊、汽車(chē)電子等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應用。特別是5G移動(dòng)通信、智能網(wǎng)絡(luò )、無(wú)人駕駛等技術(shù)的引領(lǐng)，使得現代電子元器件和系統均以小、薄、輕、低功耗、高可靠性為目標，微波毫米波材料和集成器件、集成系統已成為當今世界電子信息領(lǐng)域的重要研究課題。LTCC技術(shù)是實(shí)現新一代無(wú)源器件小型化、集成化、多功能化及系統級封裝（SiP）的重要技術(shù)途徑。然而，LTCC材料到器件應用的研究開(kāi)發(fā)是一個(gè)非常復雜的過(guò)程，涉及陶瓷材料、流延漿料、元器件設計與制造工藝等不同領(lǐng)域。一種LTCC材料從研發(fā)到實(shí)現器件應用，需要從材料配方設計、制備工藝、粉體加工、生瓷帶流延、器件設計、器件加工工藝及性能測試等方面進(jìn)行反復上千余次的實(shí)驗，才能確定最佳材料性能、工藝和最終滿(mǎn)足性能的定型產(chǎn)品，研發(fā)難度大、周期長(cháng)。
　　上海硅酸鹽所無(wú)源集成器件與材料研究團隊在“863”課題的支持下，堅持LTCC材料—工藝—器件一體化的研究開(kāi)發(fā)路線(xiàn)，將高通量實(shí)驗方法引入LTCC材料的研究開(kāi)發(fā)中，提高了材料研發(fā)效率，在LTCC陶瓷材料高通量制備技術(shù)、流延漿料高通量實(shí)驗方法、LTCC新材料和新器件研發(fā)以及LTCC材料數據庫開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)展了系統的工作，取得了系列進(jìn)展：
　　建立了包括自動(dòng)配粉、自動(dòng)混料、批量成型和批量燒結等的16通道陶瓷材料高通量制備方法和平臺，在充分驗證高通量實(shí)驗方法有效性的基礎上，成功應用于Li-Nb-Ti-O、Zn-Nb-Ti-O、Cu-Nb-Ti-O等多個(gè)體系的組成、物相、微結構及微波介電性能的“mapping”，為高性能LTCC材料的篩選和性能、工藝優(yōu)化提供了有效途徑（J. Euro. Ceram. Soc., 37, 2017, 3951; Ceram. Int., 43, 2017, 13895）；把組合設計和高通量并行處理的思想引入到陶瓷流延漿料配方的篩選和優(yōu)化，基于該方法獲得了乙醇-乙酸乙酯混合溶劑體系的流延漿料配方，并成功用于多個(gè)LTCC材料厚膜生帶的制備，由此證明了該高通量方法具有普適性，對于流延漿料體系配方的篩選和快速優(yōu)化有重要的應用價(jià)值。
　　開(kāi)發(fā)并優(yōu)化了K70系列高介L(cháng)TCC微波介質(zhì)材料，掌握了燒結晶粒和綜合性能的精確調控技術(shù)，實(shí)現了材料的批量穩定制備；提出了通過(guò)多步固相合成來(lái)獲得超低損耗【tand<0.001@~10 GHz】LTCC介質(zhì)材料的思路（ZL 201510109370.3；US9718696；JP2016172683），研制出介電常數為5~7的K5系列毫米波LTCC介質(zhì)材料；直接觀(guān)察到銀在LTCC材料中擴散路徑，掌握了抑制銀電極在LTCC材料中擴散的技術(shù)途徑（J. Am. Ceram. Soc., 99, 2016, 2402）。
　　積極拓展自主開(kāi)發(fā)LTCC介質(zhì)材料在多層器件中的應用?；谝陨献灾鏖_(kāi)發(fā)的LTCC介質(zhì)材料，開(kāi)展了系列微波濾波器、耦合器、雙工器的研究，研制出具有基片集成波導（SIW）結構的高性能小型化LTCC帶通濾波器，體積只有基于傳統低介電介質(zhì)材料同類(lèi)濾波器的三分之一（Wirel. Commun. Mob. Com., 2018, 9737219, 7）；推動(dòng)LTCC材料在無(wú)線(xiàn)集成傳感器領(lǐng)域的應用，獲得了可檢測ppb級NO2有毒氣體的高靈敏度LTCC無(wú)線(xiàn)氣敏傳感器（Sensors and Actuators B: Chemical. 239, 2017, 711），以及具有不同壓力檢測限和靈敏度的LTCC無(wú)線(xiàn)壓力傳感器（Sensors 18, 2018, 340）。
　　基于“中國科學(xué)院數據云”平臺，開(kāi)展了LTCC介質(zhì)材料數據庫建設。針對LTCC材料的特點(diǎn)優(yōu)化了數據結構，涵蓋基本組成信息、結構信息、燒結信息、微波介電性能、磁學(xué)性能等全方位的數據信息。目前，該數據庫已收錄包括自有實(shí)驗數據和文獻數據、涵蓋LTCC微波介質(zhì)材料、LTCC鐵氧體材料等領(lǐng)域的有效數據5800余條。后繼將對該數據庫進(jìn)行進(jìn)一步的完善和豐富，使其成為該領(lǐng)域數據共享的關(guān)鍵節點(diǎn)，為L(cháng)TCC領(lǐng)域新材料開(kāi)發(fā)發(fā)揮重要作用。

　　課題部分成果也已在企業(yè)實(shí)現應用，成功開(kāi)發(fā)了多款基于自主材料的LTCC濾波器，并實(shí)現了小批量生產(chǎn)，為企業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代、提升技術(shù)競爭力起到了重要作用。研究團隊后繼將重點(diǎn)推動(dòng)自主LTCC材料批量化穩定制備及其工程應用，同時(shí)在高性能LTCC新材料、無(wú)源集成新技術(shù)及新應用方面開(kāi)展進(jìn)一步的探索研究。

Zn-Nb-Ti-O體系陶瓷材料的高通量實(shí)驗研究：(a) 樣品陣列化學(xué)組成；(b) 基于高通量實(shí)驗的相區劃分；(c) 介電常數mapping；(d) Q×f值mapping

 Ag電極在LTCC材料中的擴散機制研究（J. Am. Ceram. Soc., 99, 2016, 2402）

基于自主LTCC材料的毫米波濾波器：(a) SIW結構濾波器實(shí)物照片；(b) SIW濾波器結構示意圖；(c) 濾波器測試端口照片；(d) 實(shí)測結果與仿真結果對比

                                                                                  自主LTCC材料在系列濾波器、耦合器獲得應用

                                                                                    自主LTCC材料成功應用于集成無(wú)線(xiàn)壓力傳感器

                                                                                  自主LTCC材料成功應用于集成無(wú)線(xiàn)微流體傳感器