PT104881A - DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS - Google Patents

DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS Download PDF

Info

Publication number
PT104881A
PT104881A PT10488109A PT10488109A PT104881A PT 104881 A PT104881 A PT 104881A PT 10488109 A PT10488109 A PT 10488109A PT 10488109 A PT10488109 A PT 10488109A PT 104881 A PT104881 A PT 104881A
Authority
PT
Portugal
Prior art keywords
tunable
dielectric
composite
phase
films
Prior art date
Application number
PT10488109A
Other languages
Portuguese (pt)
Inventor
Paula Maria Lousada Silveirinha Vilarinho
Aiying Wu
Fu Zhi
Angus Kingon
Original Assignee
Univ Aveiro
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Aveiro filed Critical Univ Aveiro
Priority to PT10488109A priority Critical patent/PT104881A/en
Priority to PCT/IB2009/055753 priority patent/WO2011083348A1/en
Publication of PT104881A publication Critical patent/PT104881A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates
    • C04B35/468Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates based on barium titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625Wet mixtures
    • C04B35/6264Mixing media, e.g. organic solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002Details
    • H01G4/018Dielectrics
    • H01G4/06Solid dielectrics
    • H01G4/08Inorganic dielectrics
    • H01G4/12Ceramic dielectrics
    • H01G4/1209Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
    • H01G4/1218Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
    • H01G4/1227Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates based on alkaline earth titanates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3205Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
    • C04B2235/3215Barium oxides or oxide-forming salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO ESTÁ RELACIONADA COM MATERIAIS DIELÉCTRICOS COMPÓSITOS DE PERDAS DIELÉCTRICAS BAIXAS E COM SINTONABILIDADE ELEVADA DA PERMITIVIDADE DIELÉCTRICA RELATIVA, NA FORMA DE FILMES ESPESSOS, PARA APLICAÇÕES E INTEGRAÇÃO EM CIRCUITOS, COMO COMPONENTES PASSIVOS DE DISPOSITIVOS SINTONIZÁVEIS, DE UTILIZAÇÃO ÀS FREQUÊNCIAS RÁDIO E ÀS FREQUÊNCIAS DE MICROONDAS, E COM O MÉTODO DE FABRICAÇÃO DESTES MESMOS FILMES ESPESSOS, MAIS ESPECIFICAMENTE COM A COMBINAÇÃO DO PROCESSO DE DEPOSIÇÃO ELECTROFORÉTICA COM O PROCESSO DE SOL GEL, PARA FABRICAÇÃO DOS REFERIDOS FILMES ESPESSOS COMPÓSITOS, CONSTITUÍDOS POR UMA FASE DIELÉCTRICA DE PERDA DIELÉCTRICA BAIXA (Q ELEVADO), COMO OS TITANATOS DE BÁRIO DE TERRAS RARAS, BAO-RE2O3-TIO2 (SENDO RE = ND, SM, LA, NOMEADAMENTE), COMO DE NEODÍMIO (BAND2TI5O14, BNT), NOMEADAMENTE, E POR UMA FASE DE PERMITIVIDADE DIELÉCTRICA SINTONIZÁVEL PELA ACÇÃO DO CAMPO ELÉCTRICO, COMO COMPOSTOS DA SOLUÇÃO SÓLIDA ENTRE O TITANATO DE BÁRIO E O TITANATO DE ESTRÔNCIO, BATIO3 - SRTIO3, COMO (BA0.5 SR0.5)TIO3 (BST), NOMEADAMENTE.The present invention relates to composite dielectric materials of low dielectric strength and high reliability of the dielectric perimetry relative to thick films for application and integration into circuits as passive components of tunable devices for use in the frequency and frequency frequencies And the method of manufacturing such thick films, more specifically with the combination of the electrophoretic deposition process with the sol gel process, for the manufacture of the said composite thick films, constituted by a dielectric phase of low dielectric loss (Q HIGH), BIO-TITANATES OF RARE LANDS, BAO-RE2O3-TIO2 (BEING RE, N, S, LA, NOMINALLY), AND OF NEODYMUS (BAND2TIO14, BNT), IN PARTICULAR, AND BY A PHASE OF DIELECTRIC PERMITIVITY TUNED BY ACTION OF THE ELECTRIC FIELD, AS COMPOUNDS OF THE SOLID SOLUTION BETWEEN TITANAT THE BÁRIO AND THE ESTRÔCIO TITANATO, BATIO3 - SRTIO3, AS (BA0.5 SR0.5) TIO3 (BST), NOMINALLY.

Description

11

DESCRIÇÃO "DIELÉCTRICO COMPÓSITO SINTONIZÁVEL E PROCESSO DE FABRICO"Description " DIELECTRIC COMPONENT TUNING & FABRICATION PROCESS "

Domínio técnico da invenção A presente invenção relaciona-se com: (1) materiais dieléctricos, mais especificamente relaciona-se com materiais dieléctricos compósitos de perdas dieléctricas baixas e com sintonabilidade elevada da permitividade dieléctrica relativa pela acção do campo eléctrico, na forma de filmes espessos, de espessura nomeadamente superior a 10 microns e nomeadamente inferior a 100 microns, sobre substratos metálicos flexíveis e substratos não metálicos rígidos, para aplicações e integração em circuitos, como componentes passivos de dispositivos sintonizáveis, tais como osciladores sintonizáveis, "phase shifters" (dispositivos para deslocação de fase), varactores, entre outros, nomeadamente de utilização às frequências rádio e às frequências de microondas, e (2) o método de fabricação destes mesmos filmes espessos, mais especificamente com a combinação do processo de deposição electroforética com o processo de sol gel, para fabricação dos referidos filmes espessos compósitos, constituídos por uma fase dieléctrica de perda dieléctrica baixa (Q elevado), como os titanatos de bário de terras raras, BaO-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros), como de neodímio (BaNd2Ti50i4, BNT) entre outros e por uma fase de permitividade dieléctrica sintonizável pela acção do campo eléctrico, como compostos da solução sólida entre o titanato de bário e o titanato de estrôncio, BaTiCR -SrTi03, como (Ba0.s Sr0.5)TiO3 (BST), entre outros.TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to: (1) dielectric materials, more specifically relates to low dielectric dielectric materials with high tunability of the relative dielectric permittivity by the action of the electric field, in the form of thick films , of a thickness in particular greater than 10 microns and in particular less than 100 microns, over flexible metal substrates and rigid non-metallic substrates for applications and integration into circuits as passive components of tunable devices, such as tunable oscillators, " phase shifters " (phase displacement devices), varactors, among others, namely of use to radio frequencies and microwave frequencies, and (2) the method of manufacturing these same thick films, more specifically with the combination of the electrophoretic deposition process with the The sol gel process for manufacturing said thick composite films, consisting of a dielectric phase of low dielectric loss (high Q), such as rare earth barium titanates, BaO-Re203-TiO2 (Re = Nd, Sm, La , among others), such as neodymium (BaNd2Ti50i4, BNT), among others, and by a dielectric permittivity phase tunable by the action of the electric field, as compounds of the solid solution between barium titanate and strontium titanate, BaTiCR -SrTi03, as (Ba0.s Sr0.5) TiO3 (BST), among others.

Sumário da invenção 2 A presente invenção é útil para: compatibilizar, num mesmo filme, baixas perdas dieléctricas com a sintonabilidade da permitividade dieléctrica, propriedades estas não existentes num só material e fundamentais para dispositivos que operam a frequências elevadas; a miniaturização de dispositivos para aplicações às frequências das microondas; e a possibilidade de aplicação a muitos outros sistemas electrocerâmicos, antevendo o alargamento das aplicações existentes e a fabricação de novos dispositivos electrónicos para aplicação a frequências elevadas. A presente invenção descreve um dieléctrico compósito sintonizável que tem a caracteristica de compreender um material dieléctrico sintonizável e compreender um material dieléctrico não sintonizável composto por um ou mais de: material da família dos bronzóides de tungsténio, nomeadamente Ba0-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros; MgTi03; Ba2Ti902o; Zro.8TiSn0.204; Ba (Mgi/3Ta2/3) 03; ou afins; ou suas composições.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is useful for: making compatible in the same film low dielectric losses with the tonality of the dielectric permittivity, properties not existing in a single material and fundamental for devices operating at high frequencies; the miniaturization of devices for applications to microwave frequencies; and the possibility of application to many other electroceramic systems, anticipating the extension of existing applications and the manufacture of new electronic devices for application at high frequencies. The present invention describes a tunable composite dielectric having the feature of comprising a tunable dielectric material and comprising a non-tunable dielectric material comprised of one or more of the tungsten bronzoid family material, namely BaO-Re203-TiO2, Re = Nd, Sm, La, among others; MgTi03; Ba2Ti902o; Zro.8TiSn0.204; Ba (MgI / 3Ta2 / 3) 03; or the like; or compositions thereof.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica do referido material dieléctrico não sintonizável ser BaNd2Ti50i4, BNT.A preferred embodiment of the present invention has the feature that said non-tunable dielectric material is BaNd2Ti50i4, BNT.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica do referido material dieléctrico sintonizável compreender um ou mais de: a solução sólida de titanato de bário e estrôncio, Bai_xSrxTi03, BST; BaTi03; Pb(Zr,Ti)03; ou afins; ou suas composições.A preferred embodiment of the present invention has the feature of said tunable dielectric material comprising one or more of: the solid solution of barium titanate and strontium, BaixSrxTi03, BST; BaTi03; Pb (Zr, Ti) 03; or the like; or compositions thereof.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica do referido material dieléctrico sintonizável ser (Bao.s Sro.s) Ti03. 3A preferred embodiment of the present invention has the feature that said tunable dielectric material is (Bao.s Sro.s) TiO 3. 3

Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica de compreender 80 a 95% em peso do referido material dieléctrico não sintonizável de baixa perda, como como Ba0-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros,, e por compreender 5 a 20 % em peso de pelo menos uma fase adicional de elevada sintonabilidade, como as soluções sólidas de titanato de bário e estrôncio.A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising 80 to 95% by weight of said low loss non-tunable dielectric material, such as Ba0-Re203-TiO2, Re = Nd, Sm, La, among others, and comprises 5 to 20% by weight of at least one additional high-tune phase, such as solid solutions of barium titanate and strontium.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender fases dieléctricas e sintonizáveis com espessuras entre 5 a 100 microns de preferência entre 10 a 80 microns, ainda mais de preferência com espessuras entre 50 e 80 microns. Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender adicionalmente um substrato metálico, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros; ou substrato não metálicos como alumina, AI2O3, entre outros, para deposição da referida camada espessa de perdas dieléctricas baixas, BNT.A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising dielectric and tunable layers having thicknesses of from 5 to 100 microns, preferably from 10 to 80 microns, still more preferably from 50 to 80 microns thick. A preferred embodiment of the present invention has the feature of additionally comprising a metal substrate, such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or substrate such as alumina, Al 2 O 3, among others, for deposition of said thick layer of low dielectric losses, BNT.

Realizações preferenciais da presente invenção compreendem dispositivos electrónicos, compreendendo varactores, filtros sintonizáveis, dispositivos para deslocação de fase, co-planares e lineares, e antenas de arranjo em fase, condensadores multicamada de filmes espessos, condensadores planares que têm a caracteristica de compreender um ou mais dieléctricos compósitos sintonizáveis como anteriormente descritos. A presente invenção descreve ainda um processo de fabrico do referido dieléctrico compósito sintonizável que tem a caracteristica de combinar o processo de deposição 4 electroforética com a deposição por sol gel, na obtenção de uma associação de um material dieléctrico não sintonizável de baixas perdas e de um material dieléctrico sintonizável, nomeadamente a solução sólida de titanato de bário e estrôncio, Bai_xSrxTi03, BST, em particular (Bao.s Sro.s)Ti03, ou suas composições.Preferred embodiments of the present invention comprise electronic devices, comprising varactors, tunable filters, co-planar and linear phase shifters, and phase array antennas, multilayer thick film capacitors, planar capacitors having the feature of comprising one or more tunable dielectric composites as previously described. The present invention further describes a method of manufacturing said tunable composite dielectric having the feature of combining the electrophoretic deposition process with sol gel deposition in obtaining an association of a low loss non-tunable dielectric material and a tunable dielectric material, namely the solid solution of barium titanate and strontium, Bai_xSrxTi03, BST, in particular (Bao.s Sro.s) TiO 3, or compositions thereof.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender os seguintes passos: • deposição electroforética de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas não sintonizável, como Ba0-Re2C>3-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros, ou suas composições; • infiltração por metodologia sol gel de fase de caracteristicas sintonizáveis, do referido material dieléctrico sintonizável na camada matriz; • sinterização do filme compósito para sua densificação.A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising the following steps: • thick layer dielectric deposition of dielectric matrix of low dielectric losses not tunable, such as Ba0-Re2C> 3-Ti02, where Re = Nd, Sm, La, among others, or compositions thereof; • infiltration by phase sol gel methodology of tunable characteristics, of said dielectric material tunable in the matrix layer; • sintering of the composite film for its densification.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender para deposição da referida camada espessa da matriz da fase de perdas dieléctricas baixas, BNT: substratos metálicos, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros; ou substratos não metálicos como alumina, AI2O3, entre outros.A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising for depositing said thick layer of the dielectric low loss phase matrix, BNT: metal substrates, such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or non-metallic substrates such as alumina, Al 2 O 3, among others.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender os seguintes passos: • síntese dos pós cerâmicos da matriz, pela preparação dos filmes espessos compósitos que envolve a preparação prévia de pós cerâmicos da composição da matriz, que para o caso particular de pós de BaNd2Ti50i4, precursores de BaCCq, 5A preferred embodiment of the present invention comprises the following steps: • synthesis of the ceramic matrix powders by the preparation of thick composite films which involves the prior preparation of ceramic powders of the matrix composition which, for the particular case of BaNd2Ti50i4, BaCCq precursors, 5

Nd205 e Ti02 são misturados nas proporções adequadas para obter o composto em causa, em moinhos de bolas com corpos moentes de zircónia por cerca de 24 horas, em meio aquoso ou alcoólico, sendo a mistura resultante seca e calcinada para síntese do referido composto; • preparação de suspensão estável dos pós da matriz para deposição electroforética, pela preparação da suspensão estabilizada, efectuada em diferentes meios suspensores, tal como a acetona, (CH3)2CO, >99.9%, o etanol, C2H5OH, >99.9%, e o ácido acético CH3COOH, >99.9%, que para o caso da acetona I2 ^99.8%, dissolvido em iso- propanol, C3H7OH, >99.9%, é usado como aditivo para ajustar o valor do pH da suspensão, neste caso de BNT, sendo que as suspensões usadas possuem a concentração de lOg / litro de pós de BNT e são ultrasonicadas até à dispersão completa dos pós; • deposição electroforética de camada espessa da composição da matriz, sendo que os substratos são escolhidos de entre um grupo de metais flexíveis que compreende Pt, Ni, Cu entre outros, e de entre um grupo de óxidos rígidos que compreende AI2O3, entre outros, sendo que a camada espessa do material da matriz é depositada por deposição electroforética, que sob a acção de um campo eléctrico as partículas carregadas suspensas no meio suspensor deslocam-se em direcção ao eléctrodo de carga oposta e depositam-se sobre o substrato formando uma camada continua, sendo que a espessura do filme depende da concentração da suspensão, voltagem aplicada e tempo, sendo que filmes de 10 a 80 microns de espessura podem ser depositados sob 40 V a 600 V em 30 s a 10 min, sendo os filmes depositados secos a 90 °C por períodos de tempo até 24 h. 6 • preparação de sol estável da composição da segunda fase, sendo que o sol da fase é preparado usando como precursores de partida Ba(CH3COO)2, >99.9%, Sr(CH3COO)2· V2H2O, >99.9%, e Ti (OC4H9) 4, >99.9%, sendo que ácido acético glacial CH3COOH, >99.9%, e etilenoglicol, HOCH2CH2OH, >99 .9%, são usados como solventes, e acetilacetona 05Η802, >99.9%, como estabilizador do alcoóxido de Ti, sendo pós de Ba(CH3COO)2 e Sr (CH3COO) 2· 1/2H20 com uma razão molar de 5:5 dissolvidos em ácido acético sob agitação constante e a 80 °C, sendo Ti(OC4H9)4 estabilizado com etileno glicol e acetilacetona e esta solução misturada com a solução de Ba (Ac) 2/Sr (Ac) 2 com uma razão molar de 1:1 sob agitação constante, sendo que após mistura durante 2 horas, a concentração da solução é ajustada para 0.25 mol/1 e agitada por mais 1 hora; • infiltração por espalhamento, spin coating, do sol da segunda fase, sendo que depois de secos os filmes são infiltrados por espalhamento com o sol da fase do dieléctrico sintonizável, sendo que após infiltração os filmes são secos e pirolisados a 350 °C por 5 minutos em prato quente, sendo este ciclo repetido até 10 vezes; • sinterização dos filmes compósitos, em atmosfera de ar, entre 1100 e 1300 °C por diferentes períodos de tempo, dependendo do substrato, para densificar o compósito.Nd 205 and TiO 2 are mixed in the proportions suitable to obtain the subject compound in ball mills with zirconia bodies for about 24 hours in an aqueous or alcoholic medium, the resulting mixture being dried and calcined for synthesis of said compound; Stable suspension preparation of the matrix powders for electrophoretic deposition by preparing the stabilized suspension in different suspending media, such as acetone, (CH 3) 2 CO,> 99.9%, ethanol, C 2 H 5 OH, > 99.9% and acetic acid CH 3 COOH, > 99.9%, which in the case of acetone I2 99.8%, dissolved in isopropanol, C3 H7 OH, > 99.9%, is used as an additive to adjust the pH value of the suspension, in this case of BNT, where the suspensions used have the concentration of 10 g / liter of BNT powders and are sonicated until the complete dispersion of the powders; • electrophoretic deposition of a thick layer of the matrix composition, the substrates being chosen from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu among others, and from a group of rigid oxides comprising AI2O3, among others, being that the thick layer of the matrix material is deposited by electrophoretic deposition which under the action of an electric field the charged particles suspended in the suspending medium move towards the opposite charge electrode and are deposited on the substrate forming a continuous layer , the film thickness being dependent on the concentration of the suspension, applied voltage and time, and films of 10 to 80 microns thickness can be deposited under 40 V at 600 V in 30 s at 10 min, the films deposited being dried at 90 ° C for periods of time up to 24 h. • the stable sol preparation of the composition of the second phase, wherein the phase sol is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2,> 99.9%, Sr (CH 3 COO) 2 · V 2 H 2 O,> 99.9%, and Ti (OC 4 H 9) 4,> 99.9%, wherein glacial acetic acid CH 3 COOH,> 99.9%, and ethylene glycol, HOCH 2 CH 2 OH, > 99.9%, are used as solvents, and acetylacetone 05-802, > 99.9%, as (CH 3 COO) 2 · 1 / 2H 2 O with a 5: 5 molar ratio dissolved in acetic acid under constant stirring at 80øC, Ti (OC 4 H 9) 4 stabilized with ethylene glycol and acetylacetone and this solution mixed with the solution of Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 with a molar ratio of 1: 1 under constant stirring, and after mixing for 2 hours, the concentration of the solution is adjusted to 0.25 mol / l and stirred for another 1 hour; • spin coating of the second stage sol, after drying the films are infiltrated by scattering with the tunable dielectric phase sol, and after infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes on a hot plate, this cycle being repeated up to 10 times; • sintering of the composite films, in air atmosphere, between 1100 and 1300 ° C for different periods of time, depending on the substrate, to densify the composite.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

As aplicações sem fios, baseadas em parte nos dispositivos que operam às frequências rádio (RF) e em circuitos integrados, estão em franca rápida expansão e constituem um mercado importante para os fabricantes de semicondutores [1]. Estas aplicações incluem telefones móveis, "blue tooth" (ligações sem fio pessoais), "office voice" 7 (comunicações empresariais digitais de voz), vídeo, transmissão de dados através de redes locais sem fios (WLAN), sistemas de posicionamento global (GPS) e controlo da segurança automóvel, entre outros [2] .Wireless applications, based in part on RF and integrated circuit devices, are rapidly expanding and constitute an important market for semiconductor manufacturers [1]. These applications include mobile phones, " blue tooth " (personal wireless connections), " office voice " 7 (digital business voice communications), video, data transmission through wireless local area networks (WLAN), global positioning systems (GPS) and automobile safety control, among others [2].

Em termos de materiais, a necessidade de utilização de frequências das microondas em circuitos miniaturizados tem resultado numa procura crescente e contínua de componentes passivos sintonizáveis sob a acção do campo eléctrico, como osciladores sintonizáveis, &quot;phase shiffters&quot; (dispositivos para deslocação de fase), varactores, entre outros [3] [4] . Para estas aplicações são aspectos críticos uma permitividade dieléctrica, sr, moderada a elevada (o tamanho do ressonador dieléctrico é proporcional a 1 /Er1/2), associada a perdas dieléctricas baixas (0.005&lt;tan ™&lt;0.01), (elevado factor de qualidade, Q) e sintonabilidade dieléctrica elevada, &gt;10% [5, 6]. O factor de qualidade Q (definido como o inverso da perda dieléctrica 1/ tan δ) é o considerado o parâmetro mais importante do comportamento dieléctrico de um material para um dispositivo de operação às frequências das microondas. O parâmetro Q tem um efeito significativo na velocidade e qualidade da onda electromagnética que atravessa o componente, contribuindo para a redução do ruído, um Q elevado permite distribuição ou armazenamento de sinal com perdas mínimas. A utilização de materiais dieléctricos de Q elevado resulta assim no consumo de menos potência em operação, aumento do tempo da bateria e do seu tempo de vida útil e na redução da dimensão e peso do dispositivo. É reconhecido que as comunicações futuras requererão uma banda alargada de frequências para comunicação, usando técnicas de &quot;frequency hopping&quot; (mudança de frequência), de modo que se possa transmitir uma quantidade elevada de dados por cada largura de banda. Nestas circunstâncias os filtros sintonizáveis de actuação rápida &quot;fast-acting tunable filter&quot; (filtros sintonizáveis de acção rápida) são um componente fundamental [7].In terms of materials, the need to use microwave frequencies in miniaturized circuits has resulted in a growing and continuous demand for electrically tunable passive components such as tunable oscillators, &quot; phase shiffters &quot; (devices for phase displacement), varactors, among others [3] [4]. For these applications a dielectric permittivity, sr, moderate to high (the dielectric resonator size is proportional to 1 / Er1 / 2), associated with low dielectric losses (0.005 <tan <0.01), (high factor of quality, Q) and high dielectric tunability, &gt; 10% [5, 6]. The quality factor Q (defined as the inverse of the dielectric loss 1 / tan δ) is considered the most important parameter of the dielectric behavior of a material for an operating device at microwave frequencies. The Q parameter has a significant effect on the speed and quality of the electromagnetic wave that crosses the component, contributing to the reduction of noise, a high Q allows distribution or storage of signal with minimum losses. The use of high Q dielectric materials thus results in the consumption of less power in operation, increased battery life and service life, and reduced size and weight of the device. It is recognized that future communications will require a broad frequency band for communication, using &quot; frequency hopping &quot; (frequency change), so that a large amount of data can be transmitted for each bandwidth. Under these circumstances the fast-acting tunable filters &quot; fast-acting tunable filter &quot; (fast-acting tunable filters) are a fundamental component [7].

Contudo, atingirem-se perdas dieléctricas baixas em simultâneo com permitividade dieléctrica e sintonabilidade elevada num mesmo material tem-se revelado problemático, não sendo conhecido até agora qualquer material que reúna estas caracteristicas, visto que a combinação destas duas propriedades é, do ponto de vista fundamental, difícil de conseguir [6]. Em geral os materiais dieléctricos que apresentam valores elevados de permitividade dieléctrica (&gt; 500) e boa sintonabilidade da permitividade dieléctrica, de que são um bom exemplo os materiais ferroeléctricos, exibem concomitantemente perdas dieléctricas elevadas, que limitam drasticamente a sua utilização às frequências das microondas. Há assim na prática, um compromisso entre a sintonabilidade da permitividade dieléctrica e a perda dieléctrica de um dado material.However, low dielectric losses at the same time with dielectric permittivity and high tunability in the same material have proved to be problematic, so far no material has been known to meet these characteristics, since the combination of these two properties is, from the point of view fundamental, difficult to achieve [6]. In general dielectric materials having high dielectric permittivity values (> 500) and good tunability of the dielectric permittivity, of which ferroelectric materials are a good example, exhibit high dielectric losses concomitantly, which drastically limits their use at microwave frequencies . There is thus in practice a compromise between the tunability of the dielectric permittivity and the dielectric loss of a given material.

De entre os materiais ferroeléctricos, é conhecido que composições da solução sólida de titanato de bário e estrôncio (Bai_xSrxTi03) (BST) são candidatos promissores para aplicações em dispositivos sintonizáveis para utilização às frequências das microondas, como filtros, &quot;phase shifters&quot; (dispositivos para deslocação de fase), varactores, entre outros [8]. O máximo de permitividade dieléctrica que ocorre próximo da temperatura ambiente e a capacidade de o modificar por alteração da estequiometria da solução sólida de Bai-xSrxTi03 tornam esta família de 9 materiais potenciais candidatos para as referidas aplicações. Contudo, há inúmeros problemas associados à utilização de composições de BST às frequências elevadas, em particular relacionados com as perdas dieléctricas elevadas que caracterizam estes materiais [9, 10]. Têm sido conduzidas inúmeras investigações com o objectivo de diminuir as perdas dieléctricas de BST [11], por exemplo através da adição de aditivos como MgO, AI2O3, entre outros, conhecidos como promotores de Q [7, 12, 13]. Contudo estes aditivos podem reagir quimicamente com BST, tornando as suas propriedades às frequências das microondas marcadamente dependentes dos parâmetros de processamento que podem danificar o desempenho do dispositivo.Among the ferroelectric materials, it is known that compositions of the solid solution of barium titanate and strontium (Bai_xSrxTi03) (BST) are promising candidates for applications in tunable devices for use at microwave frequencies, such as filters, &quot; phase shifters &quot; (devices for phase displacement), varactors, among others [8]. The maximum dielectric permittivity occurring near room temperature and the ability to modify it by changing the stoichiometry of the Bai-xSrxTi03 solid solution make this family of 9 potential candidate materials for said applications. However, there are numerous problems associated with the use of BST compositions at high frequencies, in particular related to the high dielectric losses that characterize these materials [9, 10]. Numerous investigations have been conducted with the aim of reducing the dielectric losses of BST [11], for example by adding additives such as MgO, Al2O3, among others known as Q promoters [7,12,13]. However, these additives may chemically react with BST, making their properties at microwave frequencies markedly dependent on processing parameters that may impair the performance of the device.

Uma outra abordagem referida na literatura, porque intuitivamente se crê que as perdas dieléctricas dos ferroeléctricos podem ser melhoradas por combinação com dieléctricos de comportamento linear e de baixas perdas, é a &quot;combinação&quot; destes materiais. Através da combinação de um material dieléctrico não sintonizável de baixa perda dieléctrica em série com BST sintonizável, foi prevista a redução das perdas dieléctricas e da sintonabilidade da estrutura em camadas [14],Another approach referred to in the literature, because it is intuitively believed that ferroelectric dielectric losses can be improved by combining linear and low loss dielectrics, is the &quot; combination &quot; of these materials. By combining a dielectric dielectric material with low dielectric loss in series with tunable BST, the reduction of dielectric losses and the tunable structure of the layers was predicted [14],

Nd, Sm, LaNd, Sm, La

Em termos de materiais dieléctricos lineares que podem ser utilizados às frequências das microondas estes devem igualmente exibir perdas baixas ou Q elevado, permitividade dieléctrica elevada, e coeficiente de temperatura da permitividade baixo ΤΟΣγ (ΤΟΣγ baixo evita desvios da frequência devido a variações da temperatura) [15]. Dentro dos dieléctricos lineares de perdas dieléctricas baixas, a família dos bronzóides de titânio, bário e terras raras, Ba0-Re203-TiC&gt;2 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros) 10 representa uma família comercial de materiais com aplicações nas microondas importante, devido aos valores elevados de Σγ (85), tanõ baixo (0.0005) a ~ 1 MHz e ΤΟΣγ baixo (-113 ppm/°C) (dados relativos a BaNd2Ti50i4) [16] .In terms of linear dielectric materials that can be used at microwave frequencies, these should also exhibit low losses or high Q, high dielectric permittivity, and low permittivity temperature coefficient ΤΟΣγ (ΤΟΣγ low avoids frequency deviations due to temperature variations) [ 15]. Within the linear dielectrics of low dielectric losses, the family of titanium, barium and rare earth bronzes, Ba0-Re203-TiC> 2 (Re = Nd, Sm, La, among others) 10 represents a commercial family of materials with applications in the microwaves, due to the high values of Σγ (85), tanõ low (0.0005) a ~ 1 MHz and ΤΟΣγ low (-113 ppm / ° C) (BaNd2Ti50i4 data) [16].

Descrição Geral da InvençãoGeneral Description of the Invention

No contexto do fabrico de materiais dieléctricos compósitos de perdas dieléctricas baixas e com sintonabilidade elevada da permitividade dieléctrica relativa, na forma de filmes espessos, a combinação de composições de Ba0-Re203-Ti02 com composições de Bai_xSrxTi03, até agora não referida, poderá resultar em materiais de baixas perdas dieléctricas e elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica.In the context of the manufacture of dielectric low dielectric loss materials with high tunability of the relative dielectric permittivity, in the form of thick films, the combination of compositions of Ba0-Re203-Ti02 with Bai_xSrxTi03 compositions, hitherto not mentioned, may result in materials with low dielectric losses and high tonality of the dielectric permittivity.

Do ponto de vista de fabricação, esta crescente indústria de dispositivos sem fios precisa de tecnologias de fabrico de baixo custo, que permitam a manufactura de dispositivos com densidade / integração de componentes elevada, pequenas dimensões e baixo peso [17]. Miniaturização de circuitos planares, antenas, filtros, acopladores, são alguns dos exemplos das actuais necessidades. E, por causa deste requisito actual de redução de volume, uma das soluções a considerar será o fabrico do dieléctrico cerâmico na forma de filme (espesso ou fino), para substituição dos actuais dieléctricos na forma de cerâmicos monolíticos, o que constituí também uma força motriz para a procura de processos de produção em série associados a custos de produção baixos [18].From a manufacturing point of view, this growing wireless device industry needs low-cost manufacturing technologies that enable the manufacturing of devices with high density, low component integration, small size and low weight [17]. Miniaturization of planar circuits, antennas, filters, couplers, are some examples of the current needs. And because of this current volume reduction requirement, one of the solutions to be considered is the manufacture of the ceramic dielectric in the form of film (thick or thin) to replace the current dielectrics in the form of monolithic ceramics, which is also a force to the demand for mass production processes associated with low production costs [18].

As técnicas de preparação de filmes espessos são normalmente baseadas na densificação de filmes porosos. Uma camada de pós é obtida após deposição de uma suspensão sobre um substrato e a distinção entre as diferentes 11 metodologias é feita com base na metodologia usada para depositar o pó sobre o substrato e inclui, deposição por cinta (&quot;tape casting&quot;), serigrafia (&quot;screen printing&quot;), impressão por jacto (&quot;jet printing&quot;) e deposição electroforética (&quot;electrophoretic deposition, EPD&quot;) [19].The techniques of preparation of thick films are usually based on the densification of porous films. A layer of powders is obtained upon deposition of a suspension on a substrate, and the distinction between the different methodologies is made on the basis of the methodology used to deposit the powder on the substrate and includes, &quot; tape casting &quot; ("screen printing"), jet printing ("jet printing") and electrophoretic deposition (EPD) [19].

Assim, filmes espessos dieléctricos fabricados por deposição por cinta ou serigrafia apresentam elevado potencial para utilização como elementos de circuitos híbridos de rádio frequências/microondas, por causa dos baixos custos associados. Tem sido afirmado que os princípios que assistem ao projecto e operação de componentes/dispositivos de materiais funcionais (dieléctricos e ferroeléctricos) para operação às frequências das microondas podem ser aplicados a dispositivos fabricados à base de filmes espessos, com pequenos ajustes [20]. Contudo, até à data, as elevadas perdas e as limitações tecnológicas nas dimensões lineares associadas com a tecnologia dos filmes espessos, continuam a limitar o uso de filmes espessos de materiais funcionais em dispositivos sintonizáveis. Ao mesmo tempo, espera-se que os dispositivos planares feitos à base de filmes espessos exibam uma sintonabilidade inferior às dos filmes finos, já que apenas a parte superior do filme espesso contribuirá efectivamente para a sintonização, enquanto que o restante filme poderá ser considerado como uma região de capacidade não sintonizável em paralelo com a parte superior do filme [9, 10].Thus, dielectric thick films made by tape deposition or screen printing have high potential for use as hybrid radio frequency / microwave circuit elements, because of the low associated costs. It has been argued that the principles that guide the design and operation of components / devices of functional materials (dielectrical and ferroelectric) for operation at microwave frequencies can be applied to devices made from thick films with small adjustments [20]. However, to date, high losses and technological limitations in linear dimensions associated with thick film technology continue to limit the use of thick films of functional materials in tunable devices. At the same time, planar devices based on thick films are expected to exhibit a lower tunability than thin films, since only the top of the thick film will effectively contribute to the tuning, while the remaining film may be considered as a region of non-tunable capacity in parallel with the upper part of the film [9, 10].

Em termos de metodologias para deposição de filmes espessos, a importância da deposição electroforética advém das suas caracterí sticas únicas, das quais vale a pena salientar a capacidade de conformação sobre uma gama 12 alargada de formas e estruturas tridimensionais complexas e porosas. Adicionalmente, e não menos importante para o fabrico dos dispositivos acima mencionados, trata-se de um método de fabrico simples, versátil, de custos baixos e facilmente adaptável a uma escala de produção industrial. E, quando em comparação com os outros métodos de fabricação de filmes espessos, a deposição electroforética permite a fabricação de camadas muito uniformes e com fácil controlo de espessura [21].In terms of methodologies for deposition of thick films, the importance of electrophoretic deposition stems from their unique characteristics, of which it is worth emphasizing the conformability over a wide range 12 of complex and porous three-dimensional shapes and structures. In addition, and no less important for the manufacture of the aforementioned devices, it is a simple, versatile, low cost manufacturing method and easily adaptable to an industrial production scale. And, when compared to other thick film manufacturing methods, electrophoretic deposition allows the production of very uniform layers with easy thickness control [21].

Neste enquadramento, a presente invenção foi concebida para ultrapassar a dificuldade associada à inexistência de material que conjugue baixas perdas dieléctricas com elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica e contribuir para o desenvolvimento de técnicas de fabrico, versáteis, de baixo custo e sem limitações geométricas, que permitam o fabrico de dispositivos miniaturizados a custos competitivos. Assim, a presente invenção combina num material compósito, composto por dois materiais, possuindo cada um deles propriedades optimizadas: um caracterizado por baixas perdas dieléctricas (elevado Q) e o outro por uma sintonabilidade da permitividade dieléctrica elevada. Por outro lado, a presente invenção combina o método de deposição electroforética com a deposição por sol gel para a fabricação de filmes espessos compósitos, de espessuras controladas e sobre substratos de geometrias variáveis. A presente invenção pretende fabricar filmes espessos de materiais dieléctricos de propriedades optimizadas (baixas perdas dieléctricas, Q e sintonabilidade elevados) para serem usados em, por exemplo, varactores, filtros sintonizáveis, &quot;phase shifters&quot; (dispositivos para deslocação de fase) co-planares e lineares e antenas de 13 arranjo em fase (&quot;phase array antennas&quot;). A presente invenção pode também produzir condensadores multicamada de filmes espessos, de forma a possibilitar a manufactura de condensadores verticais sintonizáveis de elevadas capacidades e a baixos custos. Estes condensadores, bem como os condensadores planares formam a base dos filtros e ressonadores sintonizáveis de elevada potência.In this embodiment, the present invention has been conceived to overcome the difficulty associated with the inexistence of material that combines low dielectric losses with high dielectric permittivity and contribute to the development of versatile, inexpensive and geometrically limited manufacturing techniques that allow or the manufacture of miniaturized devices at competitive costs. Thus, the present invention combines in a composite material, composed of two materials, each having optimized properties: one characterized by low dielectric (high Q) losses and the other by a high dielectric permittivity tunability. On the other hand, the present invention combines the electrophoretic deposition method with the sol-gel deposition for the manufacture of thick composite films of controlled thicknesses and on variable geometry substrates. The present invention seeks to fabricate thick films of dielectric materials of optimized properties (low dielectric losses, high Q and high tunability) to be used in, for example, varactors, tunable filters, &quot; phase shifters &quot; (phase displacement devices) co-planar and linear and phase array antennas (&quot; phase array antennas &quot;). The present invention may also produce multilayer thick-film capacitors so as to enable the manufacture of tunable vertical condensers of high capacities and at low costs. These capacitors as well as the planar capacitors form the basis of high power tunable filters and resonators.

Referências citadas: [1] H. S. Bennett, R. Brederlow, J. C. Costa, P. E. Cottrell, W. M. Huang, A. A. Immorlica, J. E. Mueller, M. Racanelli, H. Shichijo, C. E. Weitzel, B. Zhao, IEEE Trans.References cited: [1] H. S. Bennett, R. Brederlow, J. C. Costa, P. E. Cottrell, W. M. Huang, A. A. Immorlica, J. E. Mueller, M. Racanelli, H. Shichijo, C. E. Weitzel, B. Zhao, IEEE Trans.

Electron Devices, 52, 1235, 2005 [2] K. Yao, W. G. Zhu, X. Yao, IEEE Trans. Compon Packaging Technol . 21, 20, 1998 [3] Horwitz J. S., Chang W., Cárter A. C., Pond J. M., Kirchoefer S. W., Christy D. B., Levy J., and Hubert C., Integrated Ferroelectrics, 22, 799, 1998 [4] Levin I., Leapman R. D., and Kaiser D. L., J. Mater. Res., 15, 1433, 2000 [5] Park B. H., Peterson E. J., Jia Q. X., Lee J., Zeng X., Si W., and Xi X. X., Appl. Phys. Lett., 78, 533, 2001 [6] Sengupta L. C. and Sengupta S., Mater. Research Innovations, 2, 278, 1999 [7] Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09/882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: Paratek Microwave, Inc. ) [8] Chang W. and Sengupta L. C., J. Appl. Phys., 92, 3941, 2002 [9] Tagantsev A.K., Sherman V.O., Astafiev K.F., Venkatesh J. and Setter N., Journal of Electroceramics, 11, 5, 2003 [10] Gevorgian S. S. and Kollberg E. L., IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., 49, 2117, 2001 14 [11] Chen C. L., Feng Η. H., Zhang Z., Brazdeikis A., Huang Z. J., Chu W. K. And Chu C.W., Appl. Phys. Lett., 75, 412, 1999 [12] 15. Wu L., Chen Y. C., Huang C. L., Chou Y. P. and Tsai Y. T., J. Am. Ceram. Soc., 83, 1713, 2000 [13] Ngo E., Joshi P. C., Cole M. W., and Hubbard C. W., Appl. Phys. Lett., 79, 248, 2001 [14] Irvin P., Levy J., Guo R., and Bhalla A., Appl. Phys. Lett., 86, 042903, 2005 [15] R. J. Cava, W. F. Peck, J. J. Krajewski, G. L. Roberts, B. P. Barber, Η. M. 0'Bryan, P. L. Gammel, Appl. Phys. Lett. 70, 1396, 1997 [16] D. Kolar, Z. Stadler, S. Gaberacek, D. Suvorov,Electron Devices, 52, 1235, 2005 [2] K. Yao, W. G. Zhu, X. Yao, IEEE Trans. Compon Packaging Technol. 21, 20, 1998 [3] Horwitz JS, Chang W., Carter AC, Pond JM, Kirchoefer SW, Christy DB, Levy J., and Hubert C., Integrated Ferroelectrics, 22, 799, 1998 [4] Levin I. , Leapman RD, and Kaiser DL, J. Mater. Res., 15, 1433, 2000 [5] Park B.H., Peterson E.J., Jia Q. X., Lee J., Zeng X., Si W., and Xi X. X., Appl. Phys. Lett., 78, 533, 2001 [6] Sengupta L. C. and Sengupta S., Mater. Research Innovations, 2, 278, 1999 [7] Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09 / 882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: Paratek Microwave, Inc.) [8] Chang W. and Sengupta L.C., J. Appl. Phys., 92, 3941, 2002 [9] Tagantsev A.K., Sherman V.O., Astafiev K.F., Venkatesh J. and Setter N., Journal of Electroceramics, 11, 5, 2003 [10] Gevorgian S. S. and Kollberg E.L., IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., 49, 2117, 2001 [11] Chen C. L., Feng Η. H., Zhang Z., Brazdeikis A., Huang Z.J., Chu W. K. And Chu C.W., Appl. Phys. Lett., 75, 412, 1999 [12] 15. Wu L., Chen Y.C., Huang C. L., Chou Y. P. and Tsai Y. T., J. Am. Ceram. Soc., 83, 1713, 2000 [13] Ngo E., Joshi P.C., Cole M.W., and Hubbard C. W., Appl. Phys. Lett., 79, 248, 2001 [14] Irvin P., Levy J., Guo R., and Bhalla A., Appl. Phys. Lett., 86, 042903, 2005 [15] R.J. Cava, W. F. Peck, J.J. Krajewski, G.L. Roberts, B. P. Barber, Η. M. O'Bryan, P. L. Gammel, Appl. Phys. Lett. 70, 1396, 1997 [16] D. Kolar, Z. Stadler, S. Gaberacek, D. Suvorov,

Berichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft, 55, 346, 1978 [17] D. Stephens, P. R. Young, I. D. Robertson, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 1, 2005 [18] K. J. Williams, A. Curley, M. Tunnicliffe, P. Barrett, P. J. Scott, J. Ferguson, EUROCON'2001, Trends inBerichte der Deutschen Keramischen Gesellschaft, 55, 346, 1978 [17] D. Stephens, P. R. Young, I. D. Robertson, IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 53, 1, 2005 [18] K.J. Williams, A. Curley, M. Tunnicliffe, P. Barrett, P.J. Scott, J. Ferguson, EUROCON'2001, Trends in

Communications, 1, 178, 2001 [19] A. L. Kholkin, A. Y. Wu, P. M. Vilarinho, Recent Res. Devei. Mat. Sei., 5, 1. 2004 [20] C. Weil, P. Wang, H. Downar, J. Wenger, and R. Jakoby, Frequenz, 54, 250, 2000 [21] I. Corni, Μ. P. Ryan, A. R. Boccaccini, J. Eur. Ceram. Soc. 28, 7, 1353, 2008Communications, 1, 178, 2001 [19] A. L. Kholkin, A. Y. Wu, P. M. Vilarinho, Recent Res. Mat. Sci., 5, 1. 2004 [20] C. Weil, P. Wang, H. Downar, J. Wenger, and R. Jakoby, Frequenz, 54, 250, 2000 [21] I. Corni, Μ. P. Ryan, A. R. Boccaccini, J. Eur. Ceram. Soc. 28, 7, 1353, 2008

Documentos de patentes mencionadas [l]Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09/882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: ParatekPatent documents cited [1] Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09 / 882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: Paratek

Microwave, Inc. ) 15Microwave, Inc.) 15

Descrição detalhada da invenção A presente invenção compreende nomeadamente: i) o fabrico de filmes espessos compósitos de dieléctricos de perdas dieléctricas baixas (Q elevado), inferiores a 0.001 a 1 MHz, de permitividades dieléctricas intermédias com valores compreendidos entre 70 e 300 e de elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica, sintonabilidade superior a 14 porcento a campos eléctricos de 2 kV/cm, nos quais a fase responsável pelas perdas baixas é da familia dos bronzoides de tungsténio BaO-Re2C&gt;3-T1O2 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros), como BaNd2Ti50i4 (BNT) e a fase responsável pela sintonização elevada é da familia da solução sólida BaTiC&gt;3 - SrTiC&gt;3, como (Bao.s Sr0.5)TiO3 (BST) , permitindo: 1) compatibilizar num mesmo filme baixas perdas dieléctricas com a sintonabilidade da permitividade dieléctrica, propriedades estas não existentes num só material e fundamentais para dispositivos que operam a frequências elevadas, 2) a miniaturização de dispositivos para aplicações às frequências das microondas e 3) a possibilidade de aplicação a muitos outros sistemas electrocerâmicos, antevendo o alargamento das aplicações existentes e a fabricação de novos dispositivos electrónicos para aplicação a frequências elevadas; ii) o desenvolvimento de método de fabricação dos referidos compósitos através da combinação da metodologia de deposição electroforética, para deposição de uma camada espessa da matriz da fase de perdas dieléctricas baixas (BNT), sobre substratos metálicos, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros e substratos não metálicos como alumina (AI2O3) e outros, com a metodologia sol gel, para infiltração da fase sintonizável (neste caso BST), nesta camada espessa, de modo a que as propriedades 16 finais do compósito possam ser controladas através da espessura e proporção de cada uma das fases no compósito.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention comprises, in particular: (i) the manufacture of low dielectric low loss (high Q) dielectric films, less than 0.001 to 1 MHz, intermediate dielectric permissibilities having values ranging from 70 to 300 and high (t = 1). The results are shown in Fig. 2 and Fig. 2 shows the results obtained in the case of the tungsten bronzoids BaO-Re2C &gt; 3-T1O2 (Re = Nd, Sm, La). , as BaNd2Ti50i4 (BNT) and the phase responsible for the high tuning is of the BaTiC> 3 - SrTiC> 3 solid solution family, as Bao.s Sr0.5 TiO3 (BST), allowing: 1) to make compatible in the same film low dielectric losses with the tonality of the dielectric permittivity, properties not existing in a single material and fundamental for devices that operate at high frequencies, 2) the miniaturization of devices for applications to microwave frequencies and (3) the possibility of application to many other electroceramic systems, anticipating the extension of existing applications and the manufacture of new electronic devices for application at high frequencies; ii) the development of a method to manufacture these composites by combining the electrophoretic deposition methodology for the deposition of a thick layer of low dielectric loss (BNT) phase matrix on metallic substrates such as platinum, gold, silver, copper , nickel, among others, and non-metallic substrates such as alumina (Al 2 O 3) and others, with the sol gel methodology, for infiltration of the tunable phase (in this case BST), in this thick layer, so that the final properties of the composite can be controlled by the thickness and proportion of each of the phases in the composite.

Breve apresentação da invençãoBrief presentation of the invention

Revelam-se filmes dieléctricos espessos compósitos que conjugam as propriedades de baixa perda dieléctrica (Q elevado) e permitividade dieléctrica intermédia com a de sintonabilidade da permitividade dieléctrica e o método de fabrico destes mesmos filmes. Os filmes dieléctricos espessos compósitos com estas características destinam-se a aplicações em sistemas de antenas com arranjos em phase (&quot;phased array antenna Systems&quot;), filtros e dispositivos similares para operação a frequências elevadas. 0 principio que lhes assiste é a conjugação no filme compósito de uma fase de baixa perda dieléctrica, nomeadamente da família dos titanatos de bário e de terras raras (Ba0-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros), como BaNd2Ti50i4 (BNT) , com uma fase de elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica, nomeadamente da família da solução sólida de Bai_xSrxTi03, o que permite conjugar num mesmo filme características de sintonabilidade de permitividade dieléctrica com perdas dieléctricas baixas, características estas impossíveis de compatibilizar num material único, preenchendo assim uma lacuna tecnológica em termos de materiais para aplicações às frequências das microondas e abrindo a possibilidade de desenvolvimento de novos dispositivos.Dielectric composite films are shown which combine the properties of low dielectric loss (high Q) and intermediate dielectric permittivity with that of the dielectric permittivity and the method of manufacture of these same films. Composite thick dielectric films with these characteristics are intended for applications in phased array antennas ("phased array antenna systems"), filters and similar devices for operation at high frequencies. Their principle is the conjugation in the composite film of a low dielectric loss phase, namely the barium and rare earth titanate family (Ba0-Re203-Ti02 (Re = Nd, Sm, La, among others), such as BaNd2Ti50i4 (BNT), with a high throughput phase of the dielectric permittivity, namely the Bai_xSrxTi03 solid solution family, which allows to combine in the same film characteristics of dielectric permittivity with low dielectric losses, characteristics that are impossible to compatibilize in a material thus filling a technological gap in terms of materials for applications to microwave frequencies and opening up the possibility of developing new devices.

Revela-se um(o) método de fabricação dos filmes dieléctricos compósitos espessos de baixas perdas dieléctricas e sintonizáveis com espessuras entre 5 a 80 microns, de preferência com espessuras entre 10 e 50 17 microns, através da combinação da deposição electroforética e da metodologia sol gel, sobre substratos metálicos, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros e substratos não metálicos como alumina (AI2O3) e outros, que compreende: 1) deposição de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas por deposição electroforética, 2) infiltração por metodologia sol gel de fase de características sintonizáveis, na camada matriz, 3) sinterização do filme compósito para sua densificação.There is disclosed a method of manufacturing dielectric films having low dielectric and tunable losses in thicknesses between 5 and 80 microns, preferably in thicknesses between 10 and 50 microns, by the combination of electrophoretic deposition and sol gel, on metallic substrates such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others and non-metallic substrates such as alumina (Al2O3) and others, comprising: 1) thick layer deposition of the dielectric dielectric of low dielectric losses by deposition electrophoretic, 2) infiltration by phase sol gel methodology with tunable characteristics in the matrix layer, 3) sintering of the composite film for its densification.

Os filmes compósitos são constituídos por cerca de 80 a 95 % em peso de material da fase dieléctrica de baixa perda (Q elevado), como os titanatos de bário e de terras raras e cerca de 5 a 20 % em peso de pelo menos uma fase adicional de elevada sintonabilidade, como as soluções sólidas de titanato de bário e estrôncio. As propriedades finais do filme espesso compósito podem ser controladas através da espessura e proporção de cada uma das fases no compósito. A relevância da invenção relaciona-se com: i) a possibilidade de compatibilizar num mesmo filme baixas perdas dieléctricas com a sintonabilidade da permitividade dieléctrica, propriedades estas não existentes num só material e fundamentais para dispositivos que operam a frequências elevadas, ii) a possibilidade de miniaturização dos dispositivos e iii) a possibilidade de aplicação a muitos outros sistemas de electrocerâmicos, antevendo o alargamento das aplicações existentes e a fabricação de novos dispositivos electrónicos para aplicação a frequências elevadas.The composite films are composed of about 80 to 95% by weight of low loss (high Q) dielectric phase material, such as barium and rare earth titanates and about 5 to 20% by weight of at least one phase high tunability, such as solid solutions of barium titanate and strontium. The final properties of the composite thick film can be controlled by the thickness and proportion of each of the phases in the composite. The relevance of the invention relates to: i) the possibility of making dielectric losses compatible with the dielectric permittivity in the same film, properties which are not present in a single material and are fundamental for devices operating at high frequencies, ii) the possibility of miniaturization of devices, and (iii) the possibility of application to many other electroceramic systems, anticipating the expansion of existing applications and the fabrication of new electronic devices for application at high frequencies.

Descrição detalhada de realizações preferenciais 18Detailed Description of Preferred Embodiments 18

De modo a preencher uma lacuna actualmente existente a nível de materiais dieléctricos sintonizáveis a frequências elevadas, a presente invenção revela filmes compósitos espessos e metodologia de fabrico dos referidos filmes sintonizáveis e de perdas dieléctricas baixas. Os filmes espessos compósitos de dieléctricos apresentam várias vantagens sobre os materiais para aplicações sintonizáveis em uso correntemente. Estas vantagens incluem: i) possibilidade de compatibilização num mesmo filme da fase de elevado Q com a fase de elevada sintonabilidade, características estas não existentes num material só, ii) possibilidade de manipulação das características dieléctricas finais do filme por manipulação das variáveis do processo de fabrico e iii) possibilidade de integração de vários elementos do circuito num mesmo substrato e iv) miniaturização dos dispositivos.In order to fill a current gap in high frequency tunable dielectric materials, the present invention discloses thick composite films and methodology for manufacturing such tunable films and low dielectric losses. Thick dielectric composite films have several advantages over materials for tunable applications currently in use. These advantages include: i) possibility of compatibilization in the same film of the high Q phase with the high tonality phase, characteristics not present in a single material, ii) possibility of manipulation of the final dielectric characteristics of the film by manipulation of the process variables manufacture and iii) the possibility of integration of several elements of the circuit in the same substrate and iv) miniaturization of the devices.

Os filmes espessos compósitos objecto desta invenção compreendem preferencialmente uma matriz de (Ba0-Re203-TiC&gt;2 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros), como BaNd2Ti50i4 (BNT), e uma segunda fase de elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica, nomeadamente da família da solução sólida de Bai-xSrxTi03, por exemplo Bao.sSro.sTiCg. Contudo, outros materiais dieléctricos de baixas perdas dieléctricas podem ser parcialmente ou integralmente usados em substituição de Ba0-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros), tais como MgTiCg, Ba2Ti9C&gt;2o, Zro.sTiSno.2O4, Ba (Mgi/3Ta2/3) 03 e afins. E a fase de permitividade dieléctrica sintonizável pode incluir (Bai_xSrx) Ti03, BaTiCp, Pb(Zr,Ti)03 e afins. A preparação destes filmes espessos compósitos engloba as seguintes etapas: 19 1) síntese dos pós cerâmicos da matriz: a preparação dos filmes espessos compósitos envolve a preparação prévia de pós cerâmicos da composição da matriz. Para o caso particular de pós de BaNd2Ti50i4, precursores de BaCC&gt;3, Nd20s e TÍO2 são misturados nas proporções adequadas para obter o composto em causa, em moinhos de bolas com corpos moentes de zircónia por cerca de 24 horas, em meio aquoso ou alcoólico. A mistura resultante é seca e calcinada para síntese do referido composto. A temperatura de calcinação é determinada por análises termogravimétricas e a temperatura de sinterização, determinada por análises dilatométricas, é escolhida de forma a garantir a densificação máxima do filme compósito. 2) preparação de suspensão estável dos pós da matriz para deposição electroforética: a preparação da suspensão estabilizada pode ser efectuada em diferentes meios suspensores, tal como a acetona ((CH3)2CO, &gt;99.9%), 0 etanol (C2H5OH, &gt;99.9%) r e 0 ácido acético (CH3COOH, &gt;99.9%) Para 0 caso da acetona I2 (^99.8%, Aldrich) dissolvido em iso-propanol (C3H7OH, &gt;99.9%) é usado como aditivo para ajustar o valor do pH da suspensão, neste caso de BNT. A estabilidade das suspensões é analisada por transmitância da luz UV, distribuição de tamanho médio de partícula e potencial zeta da suspensão. Com base na variação do potencial zeta, o pH da suspensão é regulado de forma a obter a homogeneização óptima para a suspensão, que garantirá a qualidade dos filmes finais. As suspensões usadas possuem a concentração de lOg / litro de pós de BNT e são ultrasonicadas até à dispersão completa dos pós. 20 3) deposição electroforética de camada espessa da composição da matriz: os substratos são escolhidos de entre um grupo de metais flexíveis que compreende Pt, Ni, Cu entre outros e de entre um grupo de óxidos regidos que compreende AI2O3, entre outros. A camada espessa do material da matriz é depositada por deposição electroforética. Sob a acção de um campo eléctrico as partículas carregadas suspensas no meio suspensor deslocam-se em direcção ao eléctrodo de carga oposta e depositam-se sobre o substrato formando uma camada continua. A espessura do filme depende da concentração da suspensão, voltagem aplicada e tempo. Nas presentes condições, filmes de 10 a 80 microns de espessura podem ser depositados sob 40 V a 600 V em 30 s a 10 min. Os filmes depositados são secos a 90°C por períodos de tempo até 24 h. 4) preparação de sol estável da composição da segunda fase: 0 sol da fase é preparado usando como precursores de partida Ba(CH3COO)2 (&gt;99.9%), Sr(CH3COO) 2- V2H20 (&gt;99.9%) e Ti(OC4H9) 4 (&gt;99.9%). Ácido acético glacial (CH3COOH) (&gt;99.9%) e etilenoglicol (HOCH2CH2OH, ) (&gt;99.9%) são usados como solventes, e acetilacetona (C5H8O2) (&gt;99.9%) como estabilizador do alcoóxido de Ti. Pós de Ba(CH3COO)2 e Sr (CH3COO) 2· 1/2H20 com uma razão molar de 5:5 são dissolvidos em ácido acético sob agitação constante e a 80 °C. Ti(OC4H9)4 é estabilizado com etileno glicol e acetilacetona e esta solução misturada com a solução de Ba (Ac) 2/Sr (Ac) 2 com uma razão molar de 1:1 sob agitação constante. Após mistura durante 2 horas, a concentração da solução é ajustada para 0.25 mol/1 e agitada por mais 1 hora. 21 5) infiltração por espalhamento (&quot;spin coating&quot;) do sol da segunda fase: Depois de secos os filmes são infiltrados por espalhamento com o sol da fase do dieléctrico sintonizável. Após infiltração os filmes são secos e pirolisados a 350 °C por 5 minutos em prato quente. Este ciclo é repetido até 10 vezes. 6) sinterização dos filmes compósitos, como abaixo descrito: os filmes espessos compósitos são sinterizados em atmosfera de ar, entre 1100 e 1300 °C por diferentes períodos de tempo, dependendo do substrato, para densificar o compósito.The composite thick films object of this invention preferably comprise a matrix of (Ba0-Re203-TiC> 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others) as BaNd2Ti50i4 (BNT), and a second phase of high dielectric permittivity , in particular from the solid solution family of Bai-xSrxTiO3, for example Bao.sSro.sTiCg. However, other low dielectric loss dielectrics may be partially or fully used in place of Ba0-Re203-TiO2 (Re = Nd, Sm , And the like, such as MgTiCg, Ba2Ti9C> 2o, ZrSsi.2O4, Ba (MgI / 3Ta2 / 3) and the like, and the tunable dielectric permittivity phase may include (BaixxSrx) TiO3, BaTiCp, Pb The preparation of these thick composite films involves the following steps: 1) synthesis of the ceramic matrix powders: the preparation of the composite thick films involves the preparation of ceramic powders first of the matrix composition. For the particular case of BaNd2Ti50i4 powders, BaCC 3, Nd 20s and TiO 2 precursors are mixed in suitable proportions to obtain the subject compound in ball mills with zirconia-based bodies for about 24 hours in an aqueous or alcoholic medium . The resulting mixture is dried and calcined for synthesis of said compound. The calcination temperature is determined by thermogravimetric analysis and the sintering temperature, determined by dilatometric analyzes, is chosen in order to guarantee the maximum densification of the composite film. 2) preparation of stable suspension of the matrix powders for electrophoretic deposition: the preparation of the stabilized suspension can be carried out in different suspending media, such as acetone ((CH3) 2CO,> 99.9%), ethanol (C2H5OH,> gt; 99.9%) of acetic acid (CH 3 COOH,> 99.9%). In the case of acetone I 2 (99.8%, Aldrich) dissolved in iso-propanol (C 3 H 7 OH, &gt; 99.9%) is used as an additive to adjust the value of suspension pH, in this case BNT. The stability of the suspensions is analyzed by UV light transmittance, mean particle size distribution and zeta potential of the suspension. Based on the variation of the zeta potential, the pH of the suspension is regulated in order to obtain optimum homogenization for the suspension, which will guarantee the quality of the final films. The suspensions used have the concentration of 10 g / liter of BNT powders and are sonicated until complete dispersion of the powders. 3) thick-layer electrophoretic deposition of the matrix composition: the substrates are chosen from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu among others and a group of ruled oxides comprising Al 2 O 3, among others. The thick layer of the matrix material is deposited by electrophoretic deposition. Under the action of an electric field the charged particles suspended in the suspending medium move towards the opposite charge electrode and are deposited on the substrate forming a continuous layer. The film thickness depends on the suspension concentration, applied voltage and time. In the present conditions, films of 10 to 80 microns thick can be deposited under 40 V at 600 V in 30 s at 10 min. The deposited films are dried at 90 ° C for periods of time up to 24 h. 4) stable sol preparation of the second phase composition: The sol of the phase is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 (> 99.9%), Sr (CH 3 COO) 2 V 2 H 20 (> 99.9%) and Ti (OC 4 H 9) 4 (&gt; 99.9%). Glacial acetic acid (CH3COOH) (> 99.9%) and ethylene glycol (HOCH2CH2OH,) (&gt; 99.9%) are used as solvents, and acetylacetone (C5H8O2) (&gt; 99.9%) as Ti alkoxy stabilizer. (CH 3 COO) 2 and Sr (CH 3 COO) 2 · 1 / 2H 2 O with a 5: 5 molar ratio are dissolved in acetic acid under constant stirring at 80øC. Ti (OC4H9) 4 is stabilized with ethylene glycol and acetylacetone and this solution is mixed with the solution of Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 with a molar ratio of 1: 1 under constant stirring. After mixing for 2 hours, the concentration of the solution is adjusted to 0.25 mol / l and stirred for an additional 1 hour. (5) spin coating (&quot; spin coating &quot;) of the second stage sol: After drying the films are infiltrated by scattering with the tunable dielectric phase sol. After infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes on a hot plate. This cycle is repeated up to 10 times. 6) sintering of the composite films, as described below: thick composite films are sintered in air between 1100 and 1300 ° C for different periods of time, depending on the substrate, to densify the composite.

Apesar de filmes espessos compósitos terem sido já fabricados para aplicações electrónicas usando diferentes materiais, composições da família dos bronzóides de tungsténio, como BaNd2Ti50i4 e outros dieléctricos de baixa perda dieléctrica (elevado Q) não foram ainda combinados na forma de filmes espessos com composições, óxidos ou aditivos com a propriedade de sintonabilidade da permitividade dieléctrica através do campo eléctrico, para ajustar as propriedades electrónicas a sintonabilidade / desfazador de fase de filmes espessos.Although thick composite films have already been fabricated for electronic applications using different materials, compositions of the tungsten bronzoid family such as BaNd2Ti50i4 and other low dielectric (high Q) dielectrics have not yet been combined in the form of thick films with compositions, oxides or additives with the tensile permittivity property of the dielectric permittivity through the electric field, to adjust the electronic properties to the pitch / phase shifter of thick films.

Descrição das FigurasDescription of Figures

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção. A Figura 1 ilustra os difractogramas de Raios X dos filmes compósitos de BNT - BST sobre substratos de Pt e sinterizados a 1300 °C / lh. Para efeitos de comparação 22 estão também representados os espectros de difracção de Raios X dos membros individuais da solução sólida BNT e BST. As riscas de difracção de JCPDS 33-0166 estão indicadas na parte inferior da figura. A espessura dos filmes compósitos é variável e depende dos parâmetros de processamento, sendo espessuras de cerca de e acima de 50 micron as mais aconselháveis. A Figura 2 ilustra a microestrutura de filmes compósitos espessos de BNT - BST sobre substratos de Pt e sinterizados a 1300 °C / lh (a) e (b) e também a análise química elementar (c) do estrôncio por difracção de electrões. A Figura 3 ilustra a dependência da permitividade dieléctrica (a) e da perda dieléctrica (b) em função de frequência de filmes espessos compósitos de BNT-BST sobre Pt e sinterizados a 1300°C/lh. A resposta eléctrica individual de cada um dos membros da solução sólida está indicada para efeitos de comparação.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a more complete understanding of the invention, the following are attached figures which represent preferred embodiments of the invention which, however, are not intended to limit the subject matter of the present invention. Figure 1 illustrates the X-ray diffractograms of the BNT-BST composite films on Pt substrates and sintered at 1300 ° C / lh. For comparison purposes 22 the X-ray diffraction patterns of the individual members of the solid solution BNT and BST are also represented. The diffraction stripes of JCPDS 33-0166 are indicated at the bottom of the figure. The thickness of the composite films is variable and depends on the processing parameters, thicknesses of about and above 50 microns being most advisable. Figure 2 shows the microstructure of BNT - BST thick composite films on Pt substrates and sintered at 1300 ° C / lh (a) and (b) and also the elemental chemical analysis (c) of strontium by electron diffraction. Figure 3 illustrates the dependence of dielectric permittivity (a) and dielectric loss (b) as a function of the frequency of thick BNT-BST composite films on Pt and sintered at 1300 ° C / lh. The individual electrical response of each member of the solid solution is indicated for comparison purposes.

Filmes espessos compósitos de BaNd2Ti50i4 com 5 por cento em peso de Bao.sSro.sTiCb exibem a constante dieléctrica a 1 MHz de 280, a perda dieléctrica a 1 MHz de 0.0014, e a sintonabilidade de 14 por cento a 2 kV/cm. A sintonabilidade destes filmes espessos pode atingir 30 por cento dependendo da composição do filme espesso compósito e do campo eléctrico aplicado. A Figura 4 ilustra a dependência da permitividade dieléctrica relativa e da perda dieléctrica do campo DC de filmes espessos de (a) BST, (b) BNT-BST e (c) BNT sinterizados a 1300 °C/1. 23 23 permitividade da de BNT-BST sobre A Figura 5 representa a dependência da temperatura de filmes espessos compósitos Pt e sinterizados a 1300°C/lh.Composite thick films of BaNd2Ti50i4 with 5 weight percent Bao.sSo.sTiCb exhibit the dielectric constant at 1 MHz of 280, the dielectric loss at 1 MHz of 0.0014, and the tonality of 14 percent at 2 kV / cm. The tunability of these thick films can reach 30 percent depending on the composition of the composite thick film and the applied electric field. Figure 4 shows the relative dielectric permittivity dependence and dielectric loss of the DC field of thick films of (a) BST, (b) BNT-BST and (c) BNT sintered at 1300 ° C / 1. Figure 5 represents the temperature dependence of thick Pt and sintered films at 1300 ° C / lh.

Lisboa, 11 de Dezembro de 2009Lisbon, December 11, 2009

Claims (12)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Dieléctrico compósito sintonizável caracterizado por compreender um material dieléctrico sintonizável e compreender um material dieléctrico não sintonizável composto por um ou mais de: material da família dos bronzóides de tungsténio, nomeadamente Ba0-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros; MgTi03; Ba2Ti9O20; Zro.8TiSn0.204; Ba (Mgi/3Ta2/3) 03; ou afins; ou suas composições.A tunable composite dielectric characterized in that it comprises a tunable dielectric material and comprises a non-tunable dielectric material composed of one or more of: tungsten bronzoid family material, namely BaO-Re203-TiO2, Re = Nd, Sm, La, among others; MgTi03; Ba2 Ti9 O20; Zro.8TiSn0.204; Ba (MgI / 3Ta2 / 3) 03; or the like; or compositions thereof. 2. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o referido material dieléctrico não sintonizável ser BaNd2Ti50i4, BNT.A tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that said non-tunable dielectric material is BaNd2Ti50i4, BNT. 3. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por o referido material dieléctrico sintonizável compreender um ou mais de: a solução sólida de titanato de bário e estrôncio, Bai_xSrxTi03, BST; BaTi03; Pb(Zr,Ti)03; ou afins; ou suas composições.A tunable composite dielectric according to any one of the preceding claims characterized in that said tunable dielectric material comprises one or more of: the solid solution of barium titanate and strontium, BaixSrxTi03, BST; BaTi03; Pb (Zr, Ti) 03; or the like; or compositions thereof. 4. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o referido material dieléctrico sintonizável ser (Bao.s Sr0.5)TiO3.A tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that said tunable dielectric material is (Bao.s Sr0.5) TiO 3. 5. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender 80 a 95% em peso do referido material dieléctrico não sintonizável de baixa perda, como BaO- Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros, e por compreender 5 a 20 % em peso de pelo menos uma fase 2 adicional de elevada sintonabilidade, como as soluções sólidas de titanato de bário e estrôncio.A tunable composite dielectric according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises 80 to 95% by weight of said low loss non-tunable dielectric material, such as BaO-Re203-TiO2, Re = Nd, Sm, La, among others , and in that it comprises 5 to 20% by weight of at least one additional phase of high tunability, such as solid solutions of barium titanate and strontium. 6. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender fases dieléctricas e sintonizáveis com espessuras entre 5 a 100 microns de preferência entre 10 a 80 microns, ainda mais de preferência com espessuras entre 50 e 80 microns.A tunable composite dielectric according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises dielectric and tunable phases with thicknesses of from 5 to 100 microns, preferably from 10 to 80 microns, still more preferably from 50 to 80 microns thick. 7. Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender adicionalmente um substrato metálico, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros; ou substrato não metálicos como alumina, A1203, entre outros, para deposição da referida camada espessa de perdas dieléctricas baixas, BNT.A tunable composite dielectric according to any one of the preceding claims, characterized in that it additionally comprises a metallic substrate, such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or substrate such as alumina, A1203, among others, for depositing said thick layer of low dielectric losses, BNT. 8. Dispositivo electrónico compreendendo varactores, filtros sintonizáveis, dispositivos para deslocação de fase, co-planares e lineares, e antenas de arranjo em fase, condensadores multicamada de filmes espessos, condensadores planares de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender um ou mais dieléctricos compósitos sintonizáveis como anteriormente descritos.An electronic device comprising varactors, tunable filters, coplanar and linear phase displacement devices, and phase array antennas, multilayer thick film capacitors, planar capacitors according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises one or more more tunable dielectric composites as previously described. 9. Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável caracterizado por combinar o processo de deposição electroforética com a deposição por sol gel, na obtenção de uma associação de um material dieléctrico não sintonizável de baixas perdas e de um material dieléctrico sintonizável, nomeadamente a solução sólida de titanato de 3 bário e estrôncio, Bai_xSrxTi03, BST, em particular (Bao.s Sro.5)TiC&gt;3, ou suas composições.A method of manufacturing a tunable composite dielectric characterized by combining the electrophoretic deposition process with the sol gel deposition in obtaining an association of a low loss non-tunable dielectric material and a tunable dielectric material, namely the solid solution of 3 barium and strontium titanate, Bai_xSrxTi03, BST, in particular (Bao.s Sro.5) TiC> 3, or compositions thereof. 10. Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender os seguintes passos: a. deposição electroforética de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas não sintonizável da família dos bronzóides de tungsténio, nomeadamente Ba0-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros, ou suas composições; b. infiltração por metodologia sol gel de fase de características sintonizáveis, do referido material dieléctrico sintonizável na camada matriz; c. sinterização do filme compósito para sua densificação.Method for manufacturing a tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that it comprises the following steps: a. thick dielectric deposition of dielectric matrix of low dielectric losses not tunable from the family of tungsten bronzoids, namely Ba0-Re203-Ti02, Re = Nd, Sm, La, among others, or compositions thereof; B. infiltration by phase sol gel methodology of tunable characteristics, of said dielectric material tunable in the matrix layer; W. sintering of the composite film for its densification. 11. Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender para deposição da referida camada espessa da matriz da fase de perdas dieléctricas baixas, BNT: substratos metálicos, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros; ou substratos não metálicos como alumina, AI2O3, entre outros.Method for manufacturing a tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that it comprises for the deposition of said thick layer of the low dielectric loss phase matrix BNT: metal substrates, such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or non-metallic substrates such as alumina, Al 2 O 3, among others. 12. Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender os seguintes passos: a. síntese dos pós cerâmicos da matriz, pela preparação dos filmes espessos compósitos que envolve a preparação prévia de pós cerâmicos da composição da matriz, que para o caso particular de pós de BaNd2Ti50i4, precursores de BaCC&gt;3, Nd2Os e Ti02 são misturados nas 4 proporções adequadas para obter o composto em causa, em moinhos de bolas com corpos moentes de zircónia por cerca de 24 horas, em meio aquoso ou alcoólico, sendo a mistura resultante seca e calcinada para sintese do referido composto; b. preparação de suspensão estável dos pós da matriz para deposição electroforética, pela preparação da suspensão estabilizada, efectuada em diferentes meios suspensores, tal como a acetona, (CH3)2CO, &gt;99.9%, o etanol, C2H5OH, &gt;99.9%, e o ácido acético CH3COOH, &gt;99.9%, que para o caso da acetona I2 ^99.8%, dissolvido em iso- propanol, C3H7OH, &gt;99.9%, é usado como aditivo para ajustar o valor do pH da suspensão, neste caso de BNT, sendo que as suspensões usadas possuem a concentração de lOg / litro de pós de BNT e são ultrasonicadas até à dispersão completa dos pós; c. deposição electroforética de camada espessa da composição da matriz, sendo que os substratos são escolhidos de entre um grupo de metais flexíveis que compreende Pt, Ni, Cu entre outros, e de entre um grupo de óxidos regidos que compreende A1203, entre outros, sendo que a camada espessa do material da matriz é depositada por deposição electroforética, que sob a acção de um campo eléctrico as partículas carregadas suspensas no meio suspensor deslocam-se em direcção ao eléctrodo de carga oposta e depositam-se sobre o substrato formando uma camada continua, sendo que a espessura do filme depende da concentração da suspensão, voltagem aplicada e tempo, sendo que filmes de 10 a 80 microns de espessura podem ser depositados sob 40 V a 600 V em 30 s a 10 min, sendo os filmes depositados secos a 90 °C por períodos de tempo até 24 h. 5 d. preparação de sol estável da composição da segunda fase, sendo que o sol da fase é preparado usando como precursores de partida Ba(CH3COO)2, &gt;99.9%, Sr (CH3COO) 2-^H20, &gt;99.9%, e Ti(OC4H9)4, &gt;99.9%, sendo que ácido acético glacial CH3COOH, &gt;99.9%, e etilenoglicol, HOCH2CH2OH, &gt;99.9%, são usados como solventes, e acetilacetona 05Η802, &gt;99.9%, como estabilizador do alcoóxido de Ti, sendo pós de Ba(CH3COO)2 e Sr(CH3COO) 2 · 1/2H20 com uma razão molar de 5:5 dissolvidos em ácido acético sob agitação constante e a 80 °C, sendo Ti(OC4H9)4 estabilizado com etileno glicol e acetilacetona e esta solução misturada com a solução de Ba(Ac)2/Sr(Ac)2 com uma razão molar de 1:1 sob agitação constante, sendo que após mistura durante 2 horas, a concentração da solução é ajustada para 0.25 mol/1 e agitada por mais 1 hora; e. infiltração por espalhamento, spin coating, do sol da segunda fase, sendo que depois de secos os filmes são infiltrados por espalhamento com o sol da fase do dieléctrico sintonizável, sendo que após infiltração os filmes são secos e pirolisados a 350 °C por 5 minutos em prato quente, sendo este ciclo repetido até 10 vezes; f. sinterização dos filmes compósitos, em atmosfera de ar, entre 1100 e 1300 °C por diferentes períodos de tempo, dependendo do substrato, para densificar o compósito. Lisboa, 11 de Dezembro de 2009Process for manufacturing tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that it comprises the following steps: a. synthesis of the ceramic powders of the matrix by the preparation of the composite thick films involving the preparation of ceramic powders of the matrix composition, which for the particular case of BaNd2Ti50i4 powders, BaCC ™ 3, Nd2Os and TiO2 precursors are mixed in the 4 proportions suitable for obtaining the compound in question in ball mills with zirconia bodies for about 24 hours in an aqueous or alcoholic medium, the resulting mixture being dried and calcined for synthesis of said compound; B. stable preparation of the matrix powders for electrophoretic deposition by the preparation of the stabilized suspension carried out in different suspending media, such as acetone, (CH 3) 2 CO, &gt; 99.9%, ethanol, C 2 H 5 OH, &gt; 99.9%, and acetic acid CH 3 COOH, &gt; 99.9%, which in the case of acetone I2 99.8%, dissolved in isopropanol, C3 H7 OH, &gt; 99.9%, is used as an additive to adjust the pH value of the suspension, in this case BNT, where the suspensions used have the concentration of 10 g / liter of BNT powders and are sonicated until complete dispersion of the powders; W. electrophoretic deposition of the matrix composition, the substrates being chosen from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu among others, and from a group of ruled oxides comprising A1203, among others, being that the thick layer of the matrix material is deposited by electrophoretic deposition which under the action of an electric field the charged particles suspended in the suspending medium move towards the opposite charge electrode and are deposited on the substrate forming a continuous layer, and the film thickness depends on the concentration of the suspension, applied voltage and time, and films of 10 to 80 microns thickness can be deposited under 40 V at 600 V in 30 s at 10 min, the films deposited being dried at 90ø C for periods of time up to 24 h. 5 d. stable sol-composition of the second phase composition, wherein the phase sol is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2,> 99.9%, Sr (CH 3 COO) 2 → 2H 2,> 99.9%, and Ti (OC 4 H 9) 4,> 99.9%, wherein glacial acetic acid CH 3 COOH,> 99.9%, and ethylene glycol, HOCH 2 CH 2 OH, &gt; 99.9%, are used as solvents, and acetylacetone 05-802, &gt; 99.9%, as stabilizer of alkoxy of Ti, post-Ba (CH 3 COO) 2 and Sr (CH 3 COO) 2 · 1 / 2H 2 0 with a 5: 5 molar ratio dissolved in acetic acid under constant stirring at 80øC, Ti (OC 4 H 9) 4 being stabilized with ethylene glycol and acetylacetone and this solution is mixed with the solution of Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 with a molar ratio of 1: 1 under constant stirring, and after mixing for 2 hours, the concentration of the solution is adjusted to 0.25 mol / l and stirred for an additional 1 hour; and. spin coating, spin coating, and after drying the films are infiltrated by scattering with the tunable dielectric phase sol, and after infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes in a hot dish, this cycle being repeated up to 10 times; f. sintering of the composite films, in air atmosphere, between 1100 and 1300 ° C for different periods of time, depending on the substrate, to densify the composite. Lisbon, December 11, 2009
PT10488109A 2009-12-11 2009-12-11 DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS PT104881A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PT10488109A PT104881A (en) 2009-12-11 2009-12-11 DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS
PCT/IB2009/055753 WO2011083348A1 (en) 2009-12-11 2009-12-15 Tunable dielectric composite and method for the production thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PT10488109A PT104881A (en) 2009-12-11 2009-12-11 DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
PT104881A true PT104881A (en) 2011-06-14

Family

ID=42104376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PT10488109A PT104881A (en) 2009-12-11 2009-12-11 DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS

Country Status (2)

Country Link
PT (1) PT104881A (en)
WO (1) WO2011083348A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11538632B2 (en) * 2021-01-29 2022-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Dielectric material, method of preparing the same, and device comprising the dielectric material

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103214235B (en) * 2013-04-12 2018-06-05 深圳市大富科技股份有限公司 A kind of preparation method of microwave dielectric ceramic materials
CN108929109B (en) * 2018-06-28 2021-01-05 北京智罗盘智能电气有限公司 High-voltage ceramic capacitor material with NPO characteristic and preparation method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7056468B2 (en) * 2000-06-15 2006-06-06 Paratek Microwave, Inc. Method for producing low-loss tunable ceramic composites with improved breakdown strengths
WO2001099224A1 (en) * 2000-06-16 2001-12-27 Paratek Microwave, Inc. Electronically tunable dielectric composite thick films

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11538632B2 (en) * 2021-01-29 2022-12-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Dielectric material, method of preparing the same, and device comprising the dielectric material

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011083348A1 (en) 2011-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
George et al. Microwave dielectric properties of novel temperature stable high Q Li2Mg1− xZnxTi3O8 and Li2A1− xCaxTi3O8 (A= Mg, Zn) ceramics
US6794324B1 (en) Low temperature sinterable and low loss dielectric ceramic compositions and method thereof
US6800577B2 (en) Microwave dielectric ceramic composition of the formula xmo-yla2o3-ztio2 (m=sr, ca; x:y:z=1:2:4, 2:2:5, 1:2:5 or 1:4:9), method of manufacture thereof and devices comprising the same
EP1279179B1 (en) Tunable electrical devices comprising cacu3 ti4o12
Li et al. The structure and properties of 0.95 MgTiO 3–0.05 CaTiO 3 ceramics doped with Co 2 O 3
Cho et al. High-Q microwave dielectric SrTiO3-doped MgTiO3 materials with near-zero temperature coefficient of resonant frequency
Ren et al. Super-stable permittivity and low dielectric loss of (1-x) Na0. 5Bi0. 5+ yTiO3-xNaTaO3 ceramics within an ultra-wide temperature range
PT104881A (en) DIGITAL COMPONENT TUNING AND MANUFACTURING PROCESS
Chen et al. Effect of Zr4+ substitution on the phase evolution and microwave dielectric properties of (Cu1/3Nb2/3) 0.25 Ti0. 75-xZrxO2 ceramics
KR101495093B1 (en) Bithmuth niobate dielectric composition having high dielectric permittivity and low dielectric loss
JP5605120B2 (en) Dielectric ceramics for tunable devices
Nair et al. New powellite type oxides in Ca–R–Nb–Mo–O system (R= Y, La, Nd, Sm or Bi)—Their synthesis, structure and dielectric properties
Friederich et al. Preparation of integrated passive microwave devices through inkjet printing
Fang et al. Microwave Dielectric Properties of a New A5B4O15‐Type Cation‐Deficient Perovskite Ba2La3Ti3TaO15
Zhang et al. Microwave dielectric properties of high dielectric tunable-low permittivity Ba0. 5Sr0. 5TiO3–Mg2 (Ti0. 95Sn0. 05) O4 composite ceramics
US6890875B2 (en) Tunable devices incorporating BiCu3Ti3FeO12
KR102417137B1 (en) Dispersion free calcium lithium niobate dielectric and the method for producing the same
KR102274761B1 (en) Silver substituted strontium niobate dielectric composition and manufacturing method thereof
JPH0521266A (en) Method of manufacturing grain boundary insulated semiconductor porcelain matter
Sameera et al. Structure and dielectric properties of a new series of pyrochlores in the Ca–Sm–Ti–M–O (M= Nb and Ta) system
KR100474216B1 (en) Composition of microwave dielectric material and process for manufacturing the same
KR101572614B1 (en) Niobate dielectric composition and nano sheet thin film using the same
Li et al. Microwave dielectric materials based on the MgO–SiO2–TiO2 system
Cheng et al. Effect of High-Q Ba4Ti13O30 Materials on The Dielectric Properties of (Bax, Sr1− x) Tio3 Films For Microwave Communication
Cernea Microwave dielectric properties of BaT14O9–Nd2O3, BaT14O9–Sm2O3 and BaT14O9–WO3 ceramics

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Laying open of patent application

Effective date: 20100217

FC3A Refusal

Effective date: 20141009