WO2011083348A1 - Tunable dielectric composite and method for the production thereof - Google Patents

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Paula Maria Lousada Silveirinha Vilarinho
Fu Zhi
Aiying Wu
Angus Kingon
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Universidade De Aveiro
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Definitions

  • the present invention is useful for: matching low dielectric losses in the same film with the tunability of dielectric permittivity, properties that do not exist in one material and are fundamental for devices operating at high frequencies; miniaturization of devices for microwave frequency applications; and the possibility of application to many other electroceramic systems, anticipating the expansion 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
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature that said non-tunable dielectric material is BaNd 2 Ti 50 0 4 , BNT.
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature that said tunable dielectric material comprises one or more of: the solid solution of barium strontium titanate, Ba ! . x Sr x TiO 3 , BST; BaT 10 3 ; Pb (Zr, Ti) 0 3 ; or the like; or their compositions.
  • a preferred embodiment of the present invention has the characteristic that said tunable dielectric material is (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 .
  • said non - tunable dielectric material of low loss such as BaO-like Re 2 0 3 -Ti0 2
  • Re Nd, Sm, La among others
  • at least one additional high-tunability phase such as solid barium and strontium titanate solutions.
  • a preferred embodiment of the present invention is that it comprises dielectric and tunable phases with thicknesses between 5 and 100 microns, preferably between 10 and 80 microns, even more preferably with thicknesses between 50 and 80 microns.
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature of further comprising a metallic substrate such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or non-metallic substrate such as alumina, A1 2 0 3 , among others, for depositing said low dielectric loss thick layer, BNT.
  • a metallic substrate such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others
  • non-metallic substrate such as alumina, A1 2 0 3 , among others
  • Preferred embodiments of the present invention comprise devices.
  • electronic devices comprising varactors, tunable filters, phase-shifting, co-planar and linear devices, and phase-array antennas, thick film multilayer capacitors, planar capacitors having the feature of comprising one or more tunable dielectric composites as previously described.
  • the present invention further describes a process for manufacturing said tunable composite dielectric which has the feature of combining the electrophoretic deposition process with the sol gel deposition to achieve a combination of a low loss non-tunable dielectric material and of a tunable dielectric material, namely the solid solution of barium strontium titanate, Ba ! x Sr x Ti0 3 , BST, in particular (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 or compositions thereof.
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising the following steps:
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising for depositing 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, A1 2 0 3 , among others.
  • a preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising the following steps:
  • the substrates being selected from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu and others, and from a group of rigid oxides comprising A1 2 0 3 ; others, whereby the thick layer of the matrix material is deposited by electrophoretic deposition, that under the action of an electric field the charged particles suspended in the suspending medium move towards the opposite charge electrode and deposit on the substrate forming a continuous layer, the film thickness being dependent on the suspension concentration, applied voltage and time, and films of 10 to 80 microns thickness can be deposited under 40 V to 600 V in 30 s 10 min, and the films deposited dried at 90 ° C for up to 24 h.
  • phase sun is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 ,> 99.9%, Sr (CH 3 COO) 2 - 1 ⁇ 2H 2 0,> 99.9 %, and Ti (OC 4 H 9 ) 4, > 99.9%, with glacial acetic acid CH 3 COOH, > 99.9, and ethylene glycol, HOCH 2 CH 2 OH,> 99.9, are used as solvents, and acetylketone C 5 H 8 0 2, > 99.9 as Ti stabilizer, being Ba (CH 3COO) 2 powders and Sr (CH 3 COO) 2 * 1 / 2H 2 0 with a molar ratio of 5: 5 dissolved in acetic acid under constant stirring at 80 ° C, Ti (OC 4 H 9 ) 4 being stabilized with ethylene glycol and acetyl acetone and this solution mixed with the Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 solution with a 1: 1: 1
  • radio frequencies (RF) and integrated circuits are rapidly expanding and are an important market for semiconductor manufacturers [1]. These applications include mobile phones, blue tooth (personal wireless connections), Office voice (digital voice business communications), video, data transmission over wireless local area networks (WLAN), global positioning systems (GPS). and car safety control, among others [2].
  • Quality factor Q (defined as the inverse of dielectric loss 1 / tan d) is considered to be the most important parameter of the dielectric behavior of a material for a microwave frequency operating device.
  • Parameter Q has a significant effect on the speed and quality of the electromagnetic wave passing through the component, contributing to noise reduction, a high Q allows signal distribution or storage with minimal loss.
  • the use of high Q dielectric materials thus results in less operating power consumption, increased battery life and battery life, and reduced device size and weight. It is acknowledged that future communications will require a bandwidth frequency hopping for communication using frequency hopping techniques so that a large amount of data can be transmitted for each bandwidth. Under these circumstances fast-acting tunable filters are a key component [7].
  • BST barium strontium solid solution
  • Thick film preparation techniques are usually based on
  • a layer of powders is obtained after 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 tape casting, screen printing ( 'screen printing', jet printing and electrophoretic deposition (EPD) [19].
  • dielectric thick films fabricated by strapping or screen printing have high potential for use as elements of hybrid radio frequency / microwave circuits because of the associated low costs. It has been stated that the principles that assist in the design and operation of components / devices of functional materials (dielectric and ferroelectric) for microwave frequency operation can be applied to devices made from thick film with minor adjustments [20]. However, to date, the 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.
  • planar devices made from thick films are expected to exhibit lower tunability than thin films, as only the top of the thick film will effectively contribute to tuning, while the remaining film can be considered as a non-tunable region of capacity parallel to the top of the film [9, 10].
  • electrophoretic deposition In terms of methodologies for thick film deposition, the importance of electrophoretic deposition stems from its unique characteristics, of which it is worth emphasizing the ability to conform over a wide range of complex and porous three-dimensional shapes and structures. Additionally, and not least for the manufacture of the above mentioned devices, it is a simple, versatile, low cost manufacturing method and easily adaptable to an industrial scale of production. And when compared to other thick film manufacturing methods, electrophoretic deposition allows for the production of very uniform layers with easy thickness control [21].
  • the present invention is designed to overcome the difficulty associated with the lack of material that combines low dielectric losses with high tunability of dielectric permittivity and to contribute to the development of versatile, low cost manufacturing techniques without geometric limitations. , enabling the manufacture of miniaturized devices at competitive costs.
  • the present invention combines in a composite material composed of two materials each having optimized properties: one characterized by low dielectric losses (high Q) and the other by a high dielectric permittivity tunability.
  • the present invention combines the electrophoretic deposition method with the sun gel deposition for the manufacture of thick composite films of controlled thicknesses and on substrates of variable geometries.
  • the present invention is intended to manufacture thick films of dielectric materials of optimized properties (low dielectric losses, high Q and tunability) for use in, for example, tractors, tunable filters, phase shifters. co-planar and linear and phase array antennas.
  • the present invention can also produce multi-layer thick film capacitors to enable the manufacture of high capacity, low cost tunable vertical capacitors. These capacitors as well as planar capacitors form the basis of high power tunable filters and resonators.
  • the present invention comprises in particular:
  • Thick composite dielectric films are revealed that combine the properties of low dielectric loss (high Q) and intermediate dielectric permittivity with the tunability of dielectric permittivity and the method of manufacture of these same films. Thick composite dielectric films with these characteristics are intended for applications in phased array antenna systems, filters and similar devices for high frequency operation.
  • a method of making low dielectric loss-tunable thick composite dielectric films of 5 to 80 micron thickness, preferably 10 to 50 micron thickness, is disclosed by combining electrophoretic deposition and sol gel methodology, on metallic substrates such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others and non-metallic substrates such as alumina (A1 2 0 3 ) and others, comprising:
  • Composite films consist 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 hair. least one additional phase of high tunability, such as solid barium and strontium titanate solutions.
  • the final properties of the thick composite film can be controlled by the thickness and proportion of each phase in the composite.
  • the relevance of the invention relates to: (i) the possibility of making low dielectric losses compatible with dielectric permittivity, which are non-existent in one material and fundamental for devices operating at high frequencies, ii) the possibility of miniaturization of the devices and iii) the possibility of application to many other systems of
  • electroceramics anticipating the widening of existing applications and the manufacture of new electronic devices for application at high frequencies.
  • the present invention discloses thick composite films and manufacturing methodology of said low dielectric loss and tunable films.
  • Thick dielectric composite films have several advantages over materials for tunable applications in normal use. frequently. These advantages include: (i) the possibility of matching the high Q phase with the high tunability phase in a single film, characteristics not existing in one material, ii) the possibility of manipulating the final dielectric characteristics of the film by manipulating the process variables. iii) the possibility of integrating several circuit elements into the same substrate and iv) miniaturization of the devices.
  • synthesis of ceramic matrix powders involves the preparation of ceramic powders of the matrix composition.
  • powders band 2 Ti 5 0i 4 precursors BaC0 3, Nd 2 0 5 and Ti0 2 are mixed in appropriate proportions to obtain the compound concerned in ball mills with grinding media of zirconia for about 24 hours in 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 analysis, is chosen to ensure the maximum densification of the composite film.
  • preparation of the stabilized suspension may be carried out by 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%).
  • 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%).
  • acetone I 2 > 99.8%, Aldrich
  • iso-propanol C 3 H 7 OH,> 99.9%
  • Suspension stability is analyzed by UV light transmittance, mean particle size distribution and zeta potential of the suspension.
  • the pH of the suspension is adjusted to obtain the optimum suspension homogenization which will ensure the quality of the final films.
  • the suspensions used have a concentration of 10g / liter of BNT powders and are ultrasonicated until complete dispersion of the powders.
  • the substrates are selected from a group comprising flexible metals Pt, Ni, Cu and others , and from a group of oxides comprising governed A1 2 0 3, among others.
  • the thick layer of 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 deposit on the substrate forming a continuous layer. Film thickness depends on suspension concentration, applied voltage and time. Under the present conditions, films 10 to 80 microns thick can be deposited under 40 V to 600 V within 30 s to 10 min. Deposited films are dried at 90 ° C for up to 24 h.
  • phase sun is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 (> 99.9), Sr (CH 3 COO) 2 ⁇ 1 ⁇ 2H 2 0 (> 99.9% ) and Ti (OC 4 H 9 ) 4 (> 99.9%).
  • Glacial Acetic Acid (CH 3 COOH)
  • Second phase sun spin coating After drying the films are infiltrated with the tunable dielectric phase sun. After infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes in hot plate. This cycle is repeated up to 10 times.
  • Tungsten bronzoid compositions such as BaNd 2 Ti 50 0i 4 and other low dielectric loss (high Q) dielectrics have not yet been combined in the form of thick films with proprietary compositions, oxides or additives. tunability of dielectric permittivity across the electric field to adjust the electronic properties of the tunability / phaser of thick film
  • Figure 1 illustrates X-ray diffractograms of BNT - BST on Pt and sintered substrates at 1300 ° C / lh.
  • the X-ray diffraction spectra of the individual members of the solid solution BNT and BST are also represented.
  • JCPDS 33-0166 diffraction strips are indicated at the bottom of the figure.
  • FIG. 1 illustrates the microstructure of thick BNT - BST composite films on Pt and sintered substrates at 1300 ° C / lh (a) and (b) and also the elemental chemical analysis (c) of electron diffraction strontium.
  • the tunability of these thick films can reach 30 percent depending on the composition of the thick composite film and the applied electric field.
  • Figure 4 illustrates the dependence of relative dielectric permittivity and DC field dielectric loss of (a) BST, (b) BNT-BST and (c) BNT sintered at 1300 ° C / 1.

Abstract

The present invention relates to composite dielectric materials with low dielectric losses and high tunability of the relative dielectric permittivity, in the form of thick films to be used and integrated in circuits, as passive components of tunable devices, for application at radio and microwave frequencies, and methods for the production thereof, specifically with the combination of the electrophoretic deposition method with the sol gel method for manufacturing said thick composite films, composed of a dielectric phase with low dielectric losses (high Q), such as the rare earth barium titanates BaO-Re2O3-TiO2 (Re = Nd, Sm, La, in particular), the neodymium titanate (BaNd2Ti5O14, BNT), and of a dielectric phase with a tunable dielectric permittivity that is tunable by the electric field, as components of the solid solution between barium titanate and strontium titanate BaTiO3 - SrTiO3, such as (Ba0.5 Sr0.5) TiO3 (BST), in particular.

Description

Description  Description
Title of Invention: DIELÉCTRICO COMPÓSITO Title of Invention: COMPOSITE DIELECTRIC
SINTONIZA VEL E PROCESSO DE FABRICO TUNING AND MANUFACTURING PROCESS
Domínio técnico da invenção  Technical field of the invention
[1] 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, BaTi03 - SrTi03, como (Bao.5 Sr05)TiO3 (BST), entre outros. [1] The present invention relates to: (1) dielectric materials, more specifically relating to low dielectric loss composite dielectric materials and high tunability of relative dielectric permittivity by the action of the electric field in the form of thick films, not exceeding 10 microns and not less than 100 microns thick, on flexible metal substrates and rigid non-metallic substrates for application and circuit integration as passive components of tunable devices such as tunable oscillators, phase shifters phase displacement), varactors, among others, namely for use at radio frequencies and microwave frequencies, and (2) the method of manufacturing these same thick films, more specifically by combining the electrophoretic deposition process with the sun process gel for the manufacture of said film thick composites, consisting of a low dielectric loss (high Q) dielectric phase, such as rare earth barium titanates, BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others), as neodymium (BaNd 2 Ti 50 0i 4 , 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, BaTi0 3 - SrTi0 3 , such as (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 (BST), among others.
Sumário da invenção  Summary of the invention
[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.  [2] The present invention is useful for: matching low dielectric losses in the same film with the tunability of dielectric permittivity, properties that do not exist in one material and are fundamental for devices operating at high frequencies; miniaturization of devices for microwave frequency applications; and the possibility of application to many other electroceramic systems, anticipating the expansion of existing applications and the manufacture of new electronic devices for application at high frequencies.
[3] A presente invenção descreve um dieléctrico compósito sintonizável que tem a  [3] The present invention describes a tunable composite dielectric having the
característica 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 BaO-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros; MgTi03; Ba2Ti9O20; Zr0.8 iSn0.2O4; Ba(Mgi/3Ta2/3)03; ou afins; ou suas composições . [4] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica do referido material dieléctrico não sintonizável ser BaNd2Ti50i4, BNT. characterized in that it comprises a tunable dielectric material and comprises a non-tunable dielectric material composed of one or more of: tungsten bronzoid material, namely BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 , where Re = Nd, Sm, La, among others; MgT 10 3 ; Ba 2 Ti 9 O 20 ; Zr 0 .8 iSn 0 . 2 O4; Ba (Mgi / 3 Ta 2/3 ) 0 3 ; or the like; or their compositions. [4] A preferred embodiment of the present invention has the feature that said non-tunable dielectric material is BaNd 2 Ti 50 0 4 , BNT.
[5] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica do referido material dieléctrico sintonizável compreender um ou mais de: a solução sólida de titanato de bário e estrôncio, Ba!.xSrxTi03, BST; BaTi03; Pb(Zr,Ti)03; ou afins; ou suas composições. [5] A preferred embodiment of the present invention has the feature that said tunable dielectric material comprises one or more of: the solid solution of barium strontium titanate, Ba ! . x Sr x TiO 3 , BST; BaT 10 3 ; Pb (Zr, Ti) 0 3 ; or the like; or their compositions.
[6] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica do referido material dieléctrico sintonizável ser ( Bao.5 Sr05)TiO3. [6] A preferred embodiment of the present invention has the characteristic that said tunable dielectric material is (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 .
[7] 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 BaO-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 sinton- abilidade, como as soluções sólidas de titanato de bário e estrôncio. [7] A preferred embodiment of the invention has the characteristic comprises 80 to 95% by weight of said non - tunable dielectric material of low loss such as BaO-like Re 2 0 3 -Ti0 2, wherein Re = Nd, Sm, La among others, and comprising 5 to 20% by weight of at least one additional high-tunability phase, such as solid barium and strontium titanate solutions.
[8] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica 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.  [8] A preferred embodiment of the present invention is that it comprises dielectric and tunable phases with thicknesses between 5 and 100 microns, preferably between 10 and 80 microns, even more preferably with thicknesses between 50 and 80 microns.
[9] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica de compreender adicionalmente um substrato metálico, como platina, ouro, prata, cobre, níquel, entre outros; ou substrato não metálicos como alumina, A1203, entre outros, para deposição d a referida camada espessa de perdas dieléctricas baixas, BNT. [9] A preferred embodiment of the present invention has the feature of further comprising a metallic substrate such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or non-metallic substrate such as alumina, A1 2 0 3 , among others, for depositing said low dielectric loss thick layer, BNT.
[10] Realizações preferenciais da presente invenção compreendem d ispositivos  [10] Preferred embodiments of the present invention comprise devices.
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 característica de compreender um ou mais dieléctricos compósitos sintonizáveis como anteriormente descritos.  electronic devices, comprising varactors, tunable filters, phase-shifting, co-planar and linear devices, and phase-array antennas, thick film multilayer capacitors, planar capacitors having the feature of comprising one or more tunable dielectric composites as previously described. .
[11] A presente invenção descreve ainda um processo de fabrico do referido dieléctrico compósito sintonizável que tem a característica de 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 bário e estrôncio, Ba!_xSrx Ti03, BST, em particular ( Bao.5 Sr05)TiO3 ou suas composições . [11] The present invention further describes a process for manufacturing said tunable composite dielectric which has the feature of combining the electrophoretic deposition process with the sol gel deposition to achieve a combination of a low loss non-tunable dielectric material and of a tunable dielectric material, namely the solid solution of barium strontium titanate, Ba ! x Sr x Ti0 3 , BST, in particular (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 or compositions thereof.
[12] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica de compreender os seguintes passos:  [12] A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising the following steps:
- deposição electroforética de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas não sintonizável, como BaO-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros, ou suas composições; - infiltração por metodologia sol gel de fase de características sintonizáveis, do referido material dieléctrico sintonizável na camada matriz; - Thick layer electrophoretic deposition of the non-tunable low dielectric loss dielectric matrix, such as BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 , where Re = Nd, Sm, La, among others, or compositions thereof; infiltration by tunable phase phase sol gel methodology of said tunable dielectric material in the matrix layer;
- sinterização do filme compósito para sua densificação.  - sintering of the composite film for densification.
[13] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica de compreender para deposição d a 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, A1203, entre outros. [13] A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising for depositing 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, A1 2 0 3 , among others.
[14] Uma realização preferencial da presente invenção tem a característica de compreender os seguintes passos:  [14] A preferred embodiment of the present invention has the feature of comprising the following steps:
- 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 BaC03, Nd20 5 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; - synthesis of the ceramic matrix powders by the preparation of composite thick films which involves the prior preparation of ceramic powders of the matrix composition, which for the particular case of BaNd 2 Ti 5 0i 4 powders, precursors of BaC0 3 , Nd 2 0 5 and TiO 2 are mixed in appropriate proportions to obtain the subject compound in zirconia milling ball mills for about 24 hours in aqueous or alcoholic medium, the resulting mixture being dried and calcined for synthesis of said compound;
- 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 - Preparation of stable suspension of matrix powders for electrophoretic deposition by preparation of the stabilized suspension by 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 for acetone I 2 > 99.8%, dissolved in isopropanol, C 3 H 7 OH,> 99.9%, is used as an additive to adjust the pH value. suspension, in this case of BNT, and the suspensions used have the
concentração de lOg / litro de pós de BNT e são ultrasonicadas até à dispersão completa dos pós;  10g / liter concentration of BNT powders and are ultrasonicated to complete dispersion of the powders;
- 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 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. - electrophoretic thick layer deposition of the matrix composition, the substrates being selected from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu and others, and from a group of rigid oxides comprising A1 2 0 3 ; others, whereby the thick layer of the matrix material is deposited by electrophoretic deposition, that under the action of an electric field the charged particles suspended in the suspending medium move towards the opposite charge electrode and deposit on the substrate forming a continuous layer, the film thickness being dependent on the suspension concentration, applied voltage and time, and films of 10 to 80 microns thickness can be deposited under 40 V to 600 V in 30 s 10 min, and the films deposited dried at 90 ° C for up to 24 h.
- 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- ½H20, >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 aceti- lacetona C5H802, >99.9 , como estabilizador do alcoóxido de Ti, sendo pós de Ba(CH 3COO)2 e Sr(CH3COO)2*l/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;- stable sol preparation of the second phase composition, wherein the phase sun is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 ,> 99.9%, Sr (CH 3 COO) 2 - ½H 2 0,> 99.9 %, and Ti (OC 4 H 9 ) 4, > 99.9%, with glacial acetic acid CH 3 COOH, > 99.9, and ethylene glycol, HOCH 2 CH 2 OH,> 99.9, are used as solvents, and acetylketone C 5 H 8 0 2, > 99.9 as Ti stabilizer, being Ba (CH 3COO) 2 powders and Sr (CH 3 COO) 2 * 1 / 2H 2 0 with a molar ratio of 5: 5 dissolved in acetic acid under constant stirring at 80 ° C, Ti (OC 4 H 9 ) 4 being stabilized with ethylene glycol and acetyl acetone and this solution mixed with the Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 solution with a 1: 1 molar ratio under constant agitation, and after mixing for 2 hours the solution concentration is adjusted to 0.25 mol / 1. and stirred for an additional 1 hour;
- 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; - scattering infiltration, spin coating, of the second phase sun, after drying the films are infiltrated by spreading with the tunable dielectric phase sun, and after infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes. minutes on a hot plate, this cycle being repeated up to 10 times;
- 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. Antecedentes da Invenção  - sintering the composite films in air atmosphere between 1100 and 1300 ° C for different time periods, depending on the substrate, to densify the composite. Background of the Invention
[15] As aplicações sem fios, baseadas em parte nos dispositivos que operam às  [15] Wireless applications, based in part on devices operating at
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' (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].  radio frequencies (RF) and integrated circuits are rapidly expanding and are an important market for semiconductor manufacturers [1]. These applications include mobile phones, blue tooth (personal wireless connections), Office voice (digital voice business communications), video, data transmission over wireless local area networks (WLAN), global positioning systems (GPS). and car safety control, among others [2].
[16] 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, 'phase shiffters' (dispositivos para deslocação de fase), varactores, entre outros [3] [4]. Para estas aplicações são aspectos críticos uma permitividade dieléc trica, e r, moderada a elevada (o tamanho do ressonador dieléctrico é proporcional a 1/ ã r m ) , associada a perdas dieléctricas baixas (0.005<tan á <0.01), (elevado factor de qualidade, Q) e sintonabilidade dieléctrica elevada, >10 [5, 6]. [16] In terms of materials, the need to use microwave frequencies in miniaturized circuits has resulted in a continuous and increasing demand for tunable passive components under the action of the electric field, such as tunable oscillators, phase shifters. phase), varactors, among others [3] [4]. For these applications are critical aspects one permittivity DIELEC trophic and R moderate to high (the size of the dielectric resonator is proportional to 1 / r m), associated with low dielectric loss (0.005 <tan <0.01) (high factor Q) and high dielectric tunability,> 10 [5, 6].
[17] O factor de qualidade Q (definido como o inverso da perda dieléctrica 1/ tan d ) 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 'frequency hopping' (mudança de frequência), de modo que se possa transmitir um quantidade elevada de dados por cada largura de banda. Nestas circunstâncias os filtros sintonizáveis de actuação rápida 'fast-acting tunable filter' (filtros sintonizáveis de acção rápida) são um componente fundamental [7]. [17] Quality factor Q (defined as the inverse of dielectric loss 1 / tan d) is considered to be the most important parameter of the dielectric behavior of a material for a microwave frequency operating device. Parameter Q has a significant effect on the speed and quality of the electromagnetic wave passing through the component, contributing to noise reduction, a high Q allows signal distribution or storage with minimal loss. The use of high Q dielectric materials thus results in less operating power consumption, increased battery life and battery life, and reduced device size and weight. It is acknowledged that future communications will require a bandwidth frequency hopping for communication using frequency hopping techniques so that a large amount of data can be transmitted for each bandwidth. Under these circumstances fast-acting tunable filters are a key component [7].
[18] Contudo, atingirem-se perdas dieléctricas baixas em simultâneo com permitividade dieléctrica e sintonabilidade elevada num mesmo material tem-se revelado [18] However, achieving low dielectric losses simultaneously with dielectric permittivity and high tunability in the same material has been shown
problemático, não sendo conhecido até agora qualquer material que reúna estas características, 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 (> 500) e boa sintonabilidade da permitividade dieléctrica, de que são um bom exemplo os materiais ferroeléc tricôs, 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.  problematic, so far no material meeting these characteristics is known, since the combination of these two properties is fundamentally difficult to achieve [6]. In general dielectric materials which have high dielectric permittivity (> 500) and good dielectric permittivity tunability, of which ferroelectric materials are a good example, concurrently exhibit high dielectric losses, which drastically limit their use to microwave frequencies. . There is thus in practice a compromise between the tunability of dielectric permittivity and the dielectric loss of a given material.
[19] 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, 'phase shifters' (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 Ba!.xSrxTi03 tornam esta família de 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, A1203, 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. [19] Of the ferroelectric materials, it is known that barium strontium solid solution (Bai_ x Sr x Ti0 3 ) (BST) compositions are promising candidates for applications in tunable devices for use at microwave frequencies such as filters. , phase shifters, varactors, and others [8]. The maximum dielectric permittivity that occurs near ambient temperature and the ability to modify it by changing the solid solution stoichiometry of Ba ! . x Sr x Ti0 3 make this family of potential materials candidates for such applications. However, there are numerous problems associated with the use of high frequency BST compositions, in particular related to the high dielectric losses that characterize these materials [9,10]. They have been conducted various studies with the aim of reducing the dielectric loss BST [11], for example by the addition of additives such as MgO, A1 2 0 3, among others, known as Q promoters [7, 12, 13]. However these additives may react chemically with BST, making their properties at microwave frequencies markedly dependent on processing parameters that may damage device performance.
[20] 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 'combinação' 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]. [21] Em termos de materiais dieléctricos lineares que podem ser utilizados às frequências das microondas estes devem igualmente exibir perdas baixas ou Q elevado, permi- tividade dieléctrica elevada, e coeficiente de temperatura da permitividade baixo TC ã r ( TC ã rbaixo 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, BaO-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros) representa uma família comercial de materiais com aplicações nas microondas importante, devido aos valores elevados de ã r(85), tan d baixo (0.0005) a ~ 1 MHz e TC ã r baixo (-113 ppm/ ° C) (dados relativos a BaNd2Ti50i4 ) [16]. [20] Another approach referred to in the literature, because it is intuitively believed that dielectric losses of ferroelectrics can be improved by combining with linear behavior and low loss dielectrics is the 'combination' of these materials. By combining a series non-tunable low dielectric loss dielectric material with tunable BST, the dielectric losses and tunability of the layered structure have been anticipated [14]. [21] In terms of linear dielectric materials that may be used to microwave frequencies they must also exhibit low Q or high loss, high dielectric permittivity and low temperature coefficient of permittivity R CT (CT r avoids deviations low frequency due to temperature variations) [15]. Within the linear dielectrics of low dielectric losses, the family of titanium, barium and rare earth bronzoids, BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others) represents a commercial family of materials with important applications in microwave due to high values of R (85), lower tan d (0.0005) to ~ 1 MHz and low CT r (-113 ppm / ° C) (data for Band 2 4 Ti 5 0i) [16]
Descrição Geral da Invenção  General Description of the Invention
[22] 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 BaO-Re203-Ti02 com composições de Bai-xSrxTi03i até agora não referida, poderá resultar em materiais de baixas perdas dieléctricas e elevada sintonabilidade da permitividade dieléctrica. [22] In the context of the manufacture of low dielectric materials with low dielectric losses and high tunability of relative dielectric permittivity in the form of thick films, the combination of BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 compositions with Bai- x compositions Sr x Ti0 3i not mentioned so far may result in materials with low dielectric losses and high tunability of dielectric permittivity.
[23] 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].  [23] From a manufacturing standpoint, this growing wireless industry needs low cost manufacturing technologies that enable the manufacture of devices with high density, small component and low weight [17]. Miniaturization of planar circuits, antennas, filters, couplers, are some examples of current needs. And, because of this current volume reduction requirement, one of the solutions to consider will be the manufacture of ceramic dielectric film (thick or thin) to replace current monolithic ceramic dielectrics, which is also a force driving demand for mass production processes associated with low production costs [18].
[24] As técnicas de preparação de filmes espessos são normalmente baseadas na  [24] Thick film preparation techniques are usually based on
densificação de filmes porosos. Uma camada de pós é obtida após deposição de uma suspensão sobre um substrato e a distinção entre as diferentes metodologias é feita com base na metodologia usada para depositar o pó sobre o substrato e inclui, deposição por cinta ('tape casting'), serigrafia ('screen printing'), impressão por jacto ('jet printing') e deposição electroforética ('electrophoretic deposition, EPD') [19].  densification of porous films. A layer of powders is obtained after 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 tape casting, screen printing ( 'screen printing', jet printing and electrophoretic deposition (EPD) [19].
[25] 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]. [25] Thus, dielectric thick films fabricated by strapping or screen printing have high potential for use as elements of hybrid radio frequency / microwave circuits because of the associated low costs. It has been stated that the principles that assist in the design and operation of components / devices of functional materials (dielectric and ferroelectric) for microwave frequency operation can be applied to devices made from thick film with minor adjustments [20]. However, to date, the 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 made from thick films are expected to exhibit lower tunability than thin films, as only the top of the thick film will effectively contribute to tuning, while the remaining film can be considered as a non-tunable region of capacity parallel to the top of the film [9, 10].
[26] Em termos de metodologias para deposição de filmes espessos, a importância da deposição electroforética advém das suas características únicas, das quais vale a pena salientar a capacidade de conformação sobre uma gama 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].  [26] In terms of methodologies for thick film deposition, the importance of electrophoretic deposition stems from its unique characteristics, of which it is worth emphasizing the ability to conform over a wide range of complex and porous three-dimensional shapes and structures. Additionally, and not least for the manufacture of the above mentioned devices, it is a simple, versatile, low cost manufacturing method and easily adaptable to an industrial scale of production. And when compared to other thick film manufacturing methods, electrophoretic deposition allows for the production of very uniform layers with easy thickness control [21].
[27] 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.  [27] In this context, the present invention is designed to overcome the difficulty associated with the lack of material that combines low dielectric losses with high tunability of dielectric permittivity and to contribute to the development of versatile, low cost manufacturing techniques without geometric limitations. , enabling 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 losses (high Q) and the other by a high dielectric permittivity tunability. On the other hand, the present invention combines the electrophoretic deposition method with the sun gel deposition for the manufacture of thick composite films of controlled thicknesses and on substrates of variable geometries.
[28] 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, 'phase shifters' (dispositivos para deslocação de fase) co-planares e lineares e antenas de arranjo em fase ('phase array antennas'). 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.  [28] The present invention is intended to manufacture thick films of dielectric materials of optimized properties (low dielectric losses, high Q and tunability) for use in, for example, tractors, tunable filters, phase shifters. co-planar and linear and phase array antennas. The present invention can also produce multi-layer thick film capacitors to enable the manufacture of high capacity, low cost tunable vertical capacitors. These capacitors as well as planar capacitors form the basis of high power tunable filters and resonators.
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(Assignee: Paratek Microwave, Inc. ) (Assignee: Paratek Microwave, Inc.)
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2004  2004
[48] [20] C. Weil, P. Wang, H. Downar, J. Wenger, and R. Jakoby, Frequenz, 54, 250, 2000  [48] [20] C. Weil, P. Wang, H. Downar, J. Wenger, and R. Jakoby, Frequenz, 54, 250, 2000
[49] [21] I. Corni, M. P. Ryan, A. R. Boccaccini, /. Eur. Ceram. Soe. 28, 7, 1353, 2008 Documentos de patentes mencionadas [49] [21] I. Corni, MP Ryan, AR Boccaccini, /. Eur. Ceram. Sound. 28, 7, 1353, 2008 Mentioned Patent Documents
[50] [l]Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09/882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: Paratek Microwave, Inc. )  [50] [1] Sengupta et al., U.S. patent application Ser. No. 09 / 882,605 filed June. 15, 2001, (Assignee: Paratek Microwave, Inc.)
Descrição detalhada da invenção  Detailed Description of the Invention
[51] A presente invenção compreende nomeadamente:  [51] The present invention comprises in particular:
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 permiti vidade dieléctrica, sintonabilidade superior a 14 porcento a campos eléctricos de 2 kV/cm, nos quais a fase responsável pelas perdas baixas é da família dos bronzoides de tungsténio BaO-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros) , como BaNd2Ti50i4 (BNT) e a fase responsável pela sintonização elevada é da família da solução sólida BaTi03 - SrTi03, como (Bao.5 Sr05)TiO3 (BST), permitindo: 1) compatibilizar num mesmo filme baixas perdas dieléctricas com a sintonabilidade da per- mitividade 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; (i) the manufacture of low dielectric loss thick (high Q) dielectric composite films of less than 0.001 to 1 MHz, intermediate dielectric permittivity between 70 and 300 and high tunability of dielectric permittivity, tunability greater than 14 percent to 2 kV / cm electric fields in which the phase responsible for the low losses belongs to the BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 tungsten bronzoid family (Re = Nd, Sm, La, among others), such as BaNd 2 Ti 50 0i 4 (BNT) and the phase responsible for high tuning is from the solid solution family BaTi0 3 - SrTi0 3 , as (Bao. 5 Sr 05 ) TiO 3 (BST), allowing: 1) to make low film compatible dielectric losses with the tunability of the dielectric permittivity, properties that do not exist in one material and fundamental for devices operating at high frequencies, 2) the miniaturization of devices for applications at the frequencies of 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) 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 (A1203) e outros, com a metodologia sol gel, para infiltração da fase sintonizável (neste caso BST), nesta camada espessa, de modo a que as propriedades finais do compósito possam ser controladas através da espessura e proporção de cada uma das fases no compósito. ii) the development of manufacturing method of said composites by combining the electrophoretic deposition methodology for deposition of a thick layer of the low dielectric loss (BNT) matrix on metallic substrates such as platinum, gold, silver, copper , nickel, among others and non-metallic substrates such as alumina (A1 2 0 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 controlled by the thickness and proportion of each of the phases in the composite.
Breve apresentação da invenção  Brief presentation of the invention
[52] 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 ('phased array antenna systems'), filtros e dispositivos similares para operação a frequências elevadas.  [52] Thick composite dielectric films are revealed that combine the properties of low dielectric loss (high Q) and intermediate dielectric permittivity with the tunability of dielectric permittivity and the method of manufacture of these same films. Thick composite dielectric films with these characteristics are intended for applications in phased array antenna systems, filters and similar devices for high frequency operation.
[53] O princípio 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 ( BaO-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. [53] Their principle is the combination in the composite film of a low dielectric loss phase, namely the barium and rare earth titanate family ( BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others) as BaNd 2 Ti 5 0i 4 (BNT), with a highly tunable phase of dielectric permittivity, namely the solid solution family Bai_ x Sr x Ti0 3 , which makes it possible to combine features of dielectric permittivity with low dielectric losses in a single film, characteristics that cannot be matched to a single material, thus filling a material technology gap for microwave frequency applications and opening up the possibility of developing new devices.
[54] 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 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 (A1203 ) e outros, que compreende: [54] A method of making low dielectric loss-tunable thick composite dielectric films of 5 to 80 micron thickness, preferably 10 to 50 micron thickness, is disclosed by combining electrophoretic deposition and sol gel methodology, on metallic substrates such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others and non-metallic substrates such as alumina (A1 2 0 3 ) and others, comprising:
1) deposição de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas por deposição electroforética,  1) thick dielectric matrix deposition of the low dielectric loss by electrophoretic deposition,
2) infiltração por metodologia sol gel de fase de características sintonizáveis, na camada matriz,  2) infiltration by soluble phase gel methodology of tunable characteristics, in the matrix layer,
3) sinterização do filme compósito para sua densificação.  3) sintering of the composite film for its densification.
[55] 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.  [55] Composite films consist 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 hair. least one additional phase of high tunability, such as solid barium and strontium titanate solutions. The final properties of the thick composite film can be controlled by the thickness and proportion of each phase in the composite.
[56] 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  [56] The relevance of the invention relates to: (i) the possibility of making low dielectric losses compatible with dielectric permittivity, which are non-existent in one material and fundamental for devices operating at high frequencies, ii) the possibility of miniaturization of the devices and iii) the possibility of application to many other systems of
electrocerâmicos, antevendo o alargamento das aplicações existentes e a fabricação de novos dispositivos electrónicos para aplicação a frequências elevadas.  electroceramics, anticipating the widening of existing applications and the manufacture of new electronic devices for application at high frequencies.
Descrição detalhada de realizações preferenciais  Detailed Description of Preferred Accomplishments
[57] De modo a preencher uma lacuna actualmente existente a nível de materiais  [57] In order to fill a current material gap
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 cor- rentemente. 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. At high frequency tunable dielectrics, the present invention discloses thick composite films and manufacturing methodology of said low dielectric loss and tunable films. Thick dielectric composite films have several advantages over materials for tunable applications in normal use. frequently. These advantages include: (i) the possibility of matching the high Q phase with the high tunability phase in a single film, characteristics not existing in one material, ii) the possibility of manipulating the final dielectric characteristics of the film by manipulating the process variables. iii) the possibility of integrating several circuit elements into the same substrate and iv) miniaturization of the devices.
[58] Os filmes espessos compósitos objecto desta invenção compreendem preferencialmente uma matriz de ( BaO-Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros) , como BaNd2Ti50i4 (BNT), e uma segunda fase de elevada sintonabilidade da permi- tividade dieléctrica, nomeadamente da família da solução sólida de Ba!_xSrxTi03 , por exemplo Bao.5Sr05Ti03. Contudo, outros materiais dieléctricos de baixas perdas dieléctricas podem ser parcialmente ou integralmente usados em substituição de BaO- Re203-Ti02 (sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros) , tais como MgTi03, Ba2Ti9O20, Zr0 8 TiSn02O4, Ba(Mgi/3Ta2/3)03 e afins. E a fase de permitividade dieléctrica sintonizável pode incluir (Bai_xSrx)Ti03, BaTi03, Pb(Zr,Ti)03 e afins. [58] The thick composite films object of this invention preferably comprise a matrix of (BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others) as BaNd 2 Ti 50 0i 4 (BNT), and a second phase of high tunability of the dielectric permittivity, namely the solid solution family of Ba ! x Sr x Ti0 3 , for example Bao. 5 Sr 05 Ti0 3. However, other low dielectric loss dielectric materials may be partially or wholly used in place of BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 (where Re = Nd, Sm, La, among others) such as MgTi0 3 , Ba 2 Ti 9 O 20 , Zr 0 8 TiSn 02 O 4 , Ba (Mgi / 3 Ta 2/3 ) 0 3 and the like, and the tunable dielectric permittivity phase may include (Bai_ x Sr x ) Ti0 3 , BaTi0 3 , Pb (Zr, Ti) 0 3 and the like.
[59] A preparação destes filmes espessos compósitos engloba as seguintes etapas:  [59] The preparation of these thick composite films comprises the following steps:
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 BaC03, 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. 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. 1) synthesis of ceramic matrix powders: the preparation of thick composite films involves the preparation of ceramic powders of the matrix composition. For the particular case of powders band 2 Ti 5 0i 4, precursors BaC0 3, Nd 2 0 5 and Ti0 2 are mixed in appropriate proportions to obtain the compound concerned in ball mills with grinding media of zirconia for about 24 hours in 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 analysis, is chosen to ensure the maximum densification of the composite film.
2 ) preparação de suspensão estável dos pós da matriz para deposição  2) preparation of stable suspension of matrix powders for deposition
electroforética: a preparação da suspensão estabilizada pode ser efectuada em diferentes meios suspensores, tal como a acetona ((CH3)2CO, >99.9 ), o etanol (C2H5 OH, >99.9%), e o ácido acético (CH3COOH, >99.9%). Para o caso da acetona I2 ( > 99.8%, Aldrich) dissolvido em iso-propanol ( C3H7OH, >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. electrophoretic: preparation of the stabilized suspension may be carried out by 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%). For acetone I 2 (> 99.8%, Aldrich) dissolved in iso-propanol (C 3 H 7 OH,> 99.9%) is used as an additive to adjust the pH value of the suspension, in this case NTB. Suspension stability is analyzed by UV light transmittance, mean particle size distribution and zeta potential of the suspension. Based on the variation of zeta potential, the pH of the suspension is adjusted to obtain the optimum suspension homogenization which will ensure the quality of the final films. The suspensions used have a concentration of 10g / liter of BNT powders and are ultrasonicated until complete dispersion of the powders.
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 A1203, 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 lO min. Os filmes depositados são secos a 90°C por períodos de tempo até 24 h.3) thick layer electrophoretic deposition of the matrix composition: the substrates are selected from a group comprising flexible metals Pt, Ni, Cu and others , and from a group of oxides comprising governed A1 2 0 3, among others. The thick layer of 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 deposit on the substrate forming a continuous layer. Film thickness depends on suspension concentration, applied voltage and time. Under the present conditions, films 10 to 80 microns thick can be deposited under 40 V to 600 V within 30 s to 10 min. Deposited films are dried at 90 ° C for up to 24 h.
4) preparação de sol estável da composição da segunda fase: O sol da fase é preparado usando como precursores de partida Ba(CH3COO)2 (>99.9 ), Sr(CH3COO) 2· ½H20 (>99.9%) e Ti(OC4H9)4 (>99.9%). Ácido acético glacial (CH3COOH) 4) stable sol preparation of the second phase composition: The phase sun is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 (> 99.9), Sr (CH 3 COO) 2 · ½H 2 0 (> 99.9% ) and Ti (OC 4 H 9 ) 4 (> 99.9%). Glacial Acetic Acid (CH 3 COOH)
(>99.9%) e etilenoglicol (HOCH2CH2OH,) (>99.9%) são usados como solventes, e acetilacetona (C5H802) (>99.9%) como estabilizador do alcoóxido de Ti. Pós de Ba(CH3COO)2 e Sr(CH3COO)2*l/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.(> 99.9%) and ethylene glycol (HOCH 2 CH 2 OH,) (> 99.9%) are used as solvents, and acetyl acetone (C 5 H 8 0 2 ) (> 99.9%) as a stabilizer for Ti alkoxide. (CH 3 COO) 2 and Sr (CH 3 COO) 2 * 1 / 2H 2 0 with a molar ratio of 5: 5 are dissolved in acetic acid under constant stirring and at 80 ° C. Ti (OC 4 H 9 ) 4 is stabilized with ethylene glycol and acetylacetone and this solution mixed with Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 solution with a 1: 1 molar ratio under constant stirring. After mixing for 2 hours, the solution concentration is adjusted to 0.25 mol / l and stirred for a further 1 hour.
5) infiltração por espalhamento ('spin coating') 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. 5) Second phase sun spin coating: After drying the films are infiltrated with the tunable dielectric phase sun. After infiltration the films are dried and pyrolyzed at 350 ° C for 5 minutes in hot plate. This cycle is repeated up to 10 times.
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.  6) sintering of composite films as described below: thick composite films are sintered in air atmosphere between 1100 and 1300 ° C for different time periods, depending on the substrate, to densify the composite.
[60] Apesar de filmes espessos compósitos terem sido já fabricados para aplicações  [60] Although thick composite films have already been manufactured for
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 Tungsten bronzoid compositions such as BaNd 2 Ti 50 0i 4 and other low dielectric loss (high Q) dielectrics have not yet been combined in the form of thick films with proprietary compositions, oxides or additives. tunability of dielectric permittivity across the electric field to adjust the electronic properties of the tunability / phaser of thick film
Descrição das Figuras  Description of the Figures
[61] 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.  [61] For an easier understanding of the invention, attached are figures which represent preferred embodiments of the invention which, however, are not intended to limit the scope of the present invention.
[62] 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 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. [62] Figure 1 illustrates X-ray diffractograms of BNT - BST on Pt and sintered substrates at 1300 ° C / lh. For comparison purposes the X-ray diffraction spectra of the individual members of the solid solution BNT and BST are also represented. JCPDS 33-0166 diffraction strips are indicated at the bottom of the figure.
[63] 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 .  [63] The thickness of composite films is variable and depends on processing parameters, with thicknesses of about and above 50 micron being the most advisable. Figure 2 illustrates the microstructure of thick BNT - BST composite films on Pt and sintered substrates at 1300 ° C / lh (a) and (b) and also the elemental chemical analysis (c) of electron diffraction strontium.
[64] A Figura 3 ilustra a dependência da permitividade dieléctrica (a) e da perda  [64] Figure 3 illustrates the dependence on dielectric permittivity (a) and loss
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.  (b) as a function of frequency of thick BNT-BST composite films over Pt and sintered at 1300 ° C / lh. The individual electrical response of each member of the solid solution is given for comparison purposes.
[65] Filmes espessos compósitos de BaNd2Ti50i4 com 5 por cento em peso de Bao.5Sr0.5 Ti03 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. [65] thick composite films of Ti band 2 to 4 5 0i 5 percent by weight Bao .5 Sr .5 0 3 Ti0 exhibit dielectric constant of 280 at 1 MHz, the dielectric loss of 0.0014 at 1 MHz, and 14 percent tunability at 2 kV / cm. The tunability of these thick films can reach 30 percent depending on the composition of the thick composite film and the applied electric field.
[66] 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.  [66] Figure 4 illustrates the dependence of relative dielectric permittivity and DC field dielectric loss of (a) BST, (b) BNT-BST and (c) BNT sintered at 1300 ° C / 1.
[67] A Figura 5 representa a dependência da permitividade da temperatura de filmes  [67] Figure 5 represents the temperature permittivity dependence of films
espessos compósitos de BNT-BST sobre Pt e sinterizados a 1300°C/lh.  thick BNT-BST composites on Pt and sintered at 1300 ° C / lh.

Claims

Claims Claims
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,  Tunable composite dielectric comprising a tunable dielectric material and comprising a non-tunable dielectric material comprising one or more of: tungsten bronzoid family material,
nomeadamente BaO-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros ; MgTi03; Ba2Ti902o; Zr0.8TiSno.204; Ba(Mgi/3Ta2/3)03; ou afins; ou suas composições . namely BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 , where Re = Nd, Sm, La, among others; MgT 10 3 ; Ba 2 Ti 9 0 2 o; Zr 0 . 8 TiSno. 20 4 ; Ba (Mgi / 3 TA 2/3) 03; or the like; or their compositions.
Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o referido material dieléctrico não sintonizável ser BaNd2Ti50i4, BNT. Tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that said non-tunable dielectric material is BaNd 2 Ti 50 0i 4 , BNT.
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, Ba!_xSrxTi03, BST; BaTi03; Pb(Zr,Ti)03; ou afins; ou suas composições. 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 strontium titanate, Ba ! x Sr x Ti 3 , BST; BaT 10 3 ; Pb (Zr, Ti) 0 3 ; or the like; or their compositions.
Dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o referido material dieléctrico sintonizável ser ( Ba05 Sr05)TiO3. Tunable composite dielectric according to the preceding claim, characterized in that said tunable dielectric material is (Ba 05 Sr 05 ) TiO 3 .
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 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, comprising 80 to 95% by weight of said low loss non-tunable dielectric material, such as BaO-Re 2 0 3 -Ti 0 2 , where Re = Nd, Sm, La, among others, and comprising 5 to 20% by weight of at least one additional high tunable phase, such as solid solutions of barium and strontium titanate.
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 between 5 and 100 microns, preferably between 10 and 80 microns, even more preferably with thicknesses between 50 and 80 microns.
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 d a referida camada espessa de perdas dieléctricas baixas, BNT. Dispositivo electrónico compreendendo varactores, filtros sintonizáveis, dispositivos para deslocação de fase, co-planares e lineares, e antenas de arranjo em fase, condensadores mul- ticamada de filmes espessos, condensadores planares de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por compreender um ou mais dieléctricos compósitos A tunable composite dielectric according to any one of the preceding claims, further comprising a metal substrate such as platinum, gold, silver, copper, nickel, among others; or non-metallic substrate such as alumina, A1 2 0 3 , among others, for depositing said low dielectric loss thick layer, BNT. An electronic device comprising varactors, tunable filters, co-planar and linear phase shift devices, and phase array antennas, multi-layer thick film capacitors, planar capacitors according to any one of the preceding claims, comprising one or more more composite dielectrics
sintonizáveis como anteriormente descritos.  tunable as previously described.
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 bário e estrôncio, Ba!.xSrxTi03, BST, em particular ( Bao.5 Sr0.5)TiO3 u suas composições . Tunable composite dielectric manufacturing process characterized by combining the electrophoretic deposition process with the sun gel deposition in order to obtain a combination of a low loss non-tunable dielectric material and a tunable dielectric material, namely the solid titanate solution. barium and strontium, Ba ! . x Sr x Ti0 3 , BST, in particular (Bao.5 Sr 0 .5) TiO 3 or its compositions.
Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender os seguintes passos: Tunable composite dielectric manufacturing process according to the preceding claim, comprising the following steps:
a. deposição electroforética de camada espessa da matriz do dieléctrico de baixas perdas dieléctricas não sintonizável da família dos bronzoides de tungsténio, nomeadamente BaO-Re203-Ti02, sendo Re = Nd, Sm, La, entre outros, ou suas composições; The. thick layer electrophoretic deposition of the non-tunable low dielectric loss dielectric matrix of the tungsten bronzoid family, namely BaO-Re 2 0 3 -Ti0 2 , where Re = Nd, Sm, La, among others, or compositions thereof;
b. infiltração por metodologia sol gel de fase de características sintonizáveis, do referido material dieléctrico sintonizável na camada matriz; B. methodically soluble phase gel filtration of said tunable dielectric material into the matrix layer;
c. sinterização do filme compósito para sua densificação. ç. sintering of the composite film for densification.
Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por com- preenderpara deposição dareferida 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, A1203, entre outros. 12.Processo de fabrico de dieléctrico compósito sintonizável de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender os seguintes passos: Tunable composite dielectric manufacturing process according to the preceding claim, comprising comprising 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, A1 2 0 3 , among others. Tunable composite dielectric manufacturing process according to the preceding claim, comprising the following steps:
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 BaNd2Ti 5O14, precursores de BaC03, 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; The. synthesis of the matrix ceramic 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 BaNd 2 Ti 5O14 powders, precursors of BaC0 3 , Nd 2 0 5 and Ti0 2 are mixed in suitable proportions to obtain the compound concerned in zirconia milling ball mills for about 24 hours in aqueous or alcoholic medium, the resulting mixture being dried and calcined for synthesis of said compound;
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, >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 ul- trasonicadas até à dispersão completa dos pós; B. preparation of stable suspension of matrix powders for electrophoretic deposition by preparation of the stabilized suspension by 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 I 2 > 99.8%, dissolved in isopropanol, C 3 H 7 OH,> 99.9%, is used as an additive to adjust the pH value of suspension, in this case of NTB, where the suspensions used have a concentration of 10g / liter of TNB powders and are filtered until complete dispersion of the powders;
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. ç. thick-layer electrophoretic deposition of the matrix composition, the substrates being selected from a group of flexible metals comprising Pt, Ni, Cu among others, and from a group of regulated oxides comprising A1 2 0 3 , among others. wherein the thick layer of 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 deposit on the substrate forming a The film thickness depends on the suspension concentration, applied voltage and time, and 10 to 80 microns thick films can be deposited under 40 V to 600 V in 30 s to 10 min. at 90 ° C for time periods up to 24 h.
d. preparação de sol estável da composição da segunda fase, sendo que o sol da fase é preparado usando como precursores de partida Ba(CH3 COO)2, >99.9%, Sr(CH3COO)2-½H20, >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 C5 H802i >99.9%, como estabilizador do alcoóxido de Ti, sendo pós de Ba(CH3COO)2 e Sr(CH3COO)2»l/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; d. stable sun preparation of the second phase composition, wherein the phase sun is prepared using as starting precursors Ba (CH 3 COO) 2 ,> 99.9%, Sr (CH 3 COO) 2 -½H 2 0,> 99.9% , and Ti (OC 4 H 9 ) 4, > 99.9%, with glacial acetic acid CH 3 COOH> 99.9%, and ethylene glycol, HOCH 2 CH 2 OH,> 99.9%, are used as solvents, and acetylacetone C 5 H 8 0 2i > 99.9%, as Ti alkoxide stabilizer, being powders of Ba (CH 3 COO) 2 and Sr (CH 3 COO) 2 · 1 / 2H 2 0 with a molar ratio of 5: 5 dissolved in acid under constant stirring at 80 ° C, Ti (OC 4 H 9 ) 4 being stabilized with ethylene glycol and acetyl acetone and this solution mixed with Ba (Ac) 2 / Sr (Ac) 2 solution with a molar ratio of 1 : 1 under constant stirring and after mixing for 2 hours the solution concentration is adjusted to 0.25 mol / 1 and stirred for 1 more hour;
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; and. scattering infiltration, spin coating, of the second phase sun, and after drying the films are infiltrated by scattering with the tunable dielectric phase sun, 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;
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. f. sintering of the composite films in air atmosphere between 1100 and 1300 ° C for different time periods, depending on the substrate, to densify the composite.
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