3.16.2. Виды керамики, применяемые в рэа.

В зависимости от частотного диапазона установочная керамика (рис.3.23) делится на низкочастотную (изоляторный фарфор с tgδ=10^-2), занимающую промежуточное положение по частоте (радиофарфор) и высокочастотную (ультрафарфор, относящийся к группе материалов с высоким содержанием глинозема – оксида алюминия Al₂O₃ более 80%)), параметры которых приведены в табл.3.13.

В радиоэлектронике, особенно в технике СВЧ, большое распространение получила высокоглиноземистая керамика с содержанием Аl₂O₃ больше 94%. Выпускается много типов этой керамики, из них наибольшее применение в микроэлектронике и технике СВЧ нашли два: керамика ВК-94-1 (старое обозначение 22ХС) и поликор. Вакуумплотная корундовая керамика ВК-94-1 содержит более 94% Аl₂0₃ и отличается высокой механической прочностью, нагревостойкостью и химической стабильностью. Керамика ВК-94-1 – основной материал корпусов ИС и полупроводниковых приборов, а также подложек толстопленочных ГИС.

Таблица 3.13. Параметры некоторых керамических материалов.

Материал	ρ, Ом·м	r	tgδ	ЕПР, МВ/м
Радиофарфор	1012-1013	7,0-7,5	(3-5)·10-3	22-30
Ультрафарфор	1013-1014	8,0-8,3	(5-9)·10-4	30-35
Поликор	1014-1015	9,6-9,8	(1-3)·10-4	35-40
Стеатит	1014-1015	6,5-7,0	(5-8)·10-4	35-40

Еще более высокими диэлектрическими параметрами, необходимыми в СВЧ-технике, обладает керамика, содержащая более 99,5% Аl₂О₃ – поликор (поликристаллический корунд), который в отличие от обычной корундовой керамики обладает прозрачностью. Поликор спекают при очень высокой температуре (1900°С), поэтому он сравнительно дорог и дефицитен. Благодаря крупнокристаллическому строению поликор по своим свойствам близок к сапфиру – монокристаллическому оксиду Al₂O₃. Сапфир является одним из лучших диэлектриков современной техники (tgδ=10^-4 на частоте 1МГц), его применяют, в частности, в качестве подложек КНС (кремний на сапфире), для производства ИС СВЧ методами чип-технологии.

Стеатитовую керамику получают на основе природного материала – талька, который отличается высокой пластичностью. Ее достоинствами являются малая абразивность и небольшая усадка при обжиге, что позволяет изготавливать мелкие детали с повышенной точностью в размерах. Стеатит применяют, например, в качестве изолирующих ко­лец, деталей корпусов полупроводниковых приборов.

Замечательными свойствами обладает керамика на основе оксида бериллия – брокерит. Наиболее яркая особенность брокерита – очень высокая теплопроводность, что делает его предпочтительным в ка­честве подложек мощных ВЧ и СВЧ ГИС, а также дискретных транзисторов и лавинно-пролетных диодов. Брокерит – почти идеальный диэлектрик для изготовления корпусов ИС. Из него выпускают также подложки диаметром до 76мм, толщиной более 250мкм.

Конденсаторная керамика (рис.3.23) используется для производства НЧ и ВЧ конденсаторов низкого и высокого напряжения. Желательно, чтобы все конденсаторные материалы имели как можно меньшее значение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ТКε.

Низкочастотная конденсаторная керамика изготавливается на основе титаната бария BaTiO и твердых растворов с сегнетоэлектрическими свойствами. Благодаря присущей сегнетоэлектрикам спонтанной поляризации конденсаторная сегнетокерамика обладает высокой диэлектрической проницаемостью (_r=900–8000), которая, однако, температурно нестабильна и зависит также от частоты и напряженности электрического поля. Причины нестабильности сегнетоэлектриков – низкая точка Кюри и сильное изменение  вблизи нее. Для сегнетокерамики значение tgδ=0,002÷0,025 на частоте 1кГц.

Специальным материалом для ВЧ конденсаторов является высокочастотная керамика – "титановые" керамические диэлектрики (тиконды) на основе рутила TiO₂, перовскита CaTiO_3, титаната стронция SrTiO₃. Для конденсаторной рутиловой керамики характерны следующие параметры: _r=30÷240, tgδ=(5÷8)·10^-4 на частоте 50МГц, Е_ПР=8÷10МВ/м. Они имеют в отличие от других ионных диэлектриков отрицательный ТК. И высокое значение _r, и ее падение с ростом температуры объясняется тем, что в рутиле необычно сильно для ионных кристаллов проявляется электронная поляризация. Чем выше в керамике содержание TiO₂, тем больше значения  и ТК (по абсолютной величине).

Сегнетоэлектрики служат основой пьезокерамики (рис.3.23), которую используют для изготовления пьезоэлементов. При температуре ниже точки Кюри сегнетоэлектрик имеет области с различными направлениями спонтанной поляризации – домены. В постоянном электрическом поле некоторая часть доменов ориентируется в направлении приложенного поля. После снятия внешнего ноля большая часть доменов удерживается в новом положении из-за внутреннего поля. Благодаря этому керамика становится полярной и обладает пьезо-эффектом. Процесс ориентирования доменной структуры сегнетоэлектриков в одном преимущественном направлении называется процессом поляризации.

Промышленностью выпускаются многие нормализованные марки пьезокерамики, причем наибольшее распространение получили материалы на основе титаната бария (ТВ) и цирконаты-титанаты свинца (ЦТС), более устойчивые к старению. Используются и их смеси, а также керамика из оксидов ниобия – ниобат бария и свинца (НБС), отличающиеся высокой стабильностью в большом диапазоне температур.