微波复合基板是一类由树脂和无机填料组成的应用于微波频段电路中起传输信号、电气连接、元件支撑等作用的功能性复合材料, 是航空航天、电子对抗、5G/6G通信等领域的基础、共性和关键材料。近20年来, 中国微波复合基板研制水平取得了长足的进步, 但距离世界先进水平还存在不小的差距; 民用基板市场日趋饱和, 高端基板产品仍大量依赖进口。随着毫米波通信时代的到来, 国产微波基板将迎来更大的发展机遇, 也必将迎来更激烈的竞争和更严峻的挑战。首先从微波复合基板的性能剖析出发, 系统阐述了各性能的影响因素及作用机制; 然后按照树脂基体分类, 讨论不同树脂基体的微波复合基板的特性; 在此基础上, 进一步梳理了微波复合基板领域近10年来国内外的研究进展; 最后展望国产微波复合基板的发展, 为提升其研制水平提供一些参考。

随着5G通信技术的发展和第3代宽禁带半导体广泛的商用, 功率电子器件朝着高频化、小型化和高能效化的方向加速发展。MnZn铁氧体作为功率电子器件的核心材料, 成为学术界和产业界在高频软磁材料方面研究的焦点。本综述主要介绍近年来MnZn铁氧体在高频化方向上最新的研究进展, 包括通过主成分设计、添加剂调控和低温烧结工艺等手段, 实现高频、宽温和低损耗等特性, 以及高频下MnZn铁氧体损耗的应力敏感性。随着高频损耗发生机制研究的深入, 今后5到10年内将会开发出更多的在0.5 MHz以上的高频和更高的磁通密度下表现出更低损耗的MnZn铁氧体新材料, 并迅速应用于通信电源等领域。

在新一代高速无线通信技术推动下, 低温共烧陶瓷技术(LTCC)正处于重大变革时期。采用低介电常数(K)、低损耗、谐振频率温度稳定型LTCC作为高频基板材料, 可以满足无线技术高速率、低延时、高可靠的需求, 是当前热点研究之一。因此商用基板材料的现状和一些候选材料的研究工作被主要评述, 重点对玻璃/陶瓷体系、氧化物助烧体系、氟化物助烧体系、本征低温烧结体系等低K值LTCC材料的组成、结构特征、介电性能、热膨胀系数等具体指标及相应优缺点进行了讨论。同时介绍了一些热门体系的改性工作及其毫米波适用性, 最后对未来低K值LTCC材料的发展进行展望。

机器学习等数据驱动方法能够快速发掘数据之间潜在的统计相关性, 实现目标量的高效精准预测, 并辅助分析数据背后的物理图像, 已被广泛应用于材料性能预测和器件设计的研究之中。近年来, 机器学习模型研究在微波介质陶瓷材料及器件开发中也取得了系列进展。本文介绍了机器学习方法的基本原理和过程, 重点总结了微波介质陶瓷的介电常数、品质因数等关键性能的机器学习预测模型研究的最新进展, 探讨了材料成分、结构、工艺等参数与微波介电性能之间的关系, 并概述了机器学习方法在微波天线和滤波器的尺寸优化、失效分析等方面的应用。最后, 指出了数据驱动研究在微波介质陶瓷材料及器件领域的若干发展方向。

传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000 ℃以上高温, 不仅工艺周期长、能量消耗高, 而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今, 无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求, 低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高, 且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺, 已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近, 又出现了一种新的超低温烧结工艺-冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般 ≤300 ℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化, 且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势, 为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。

低介电常数(εr)微波介质陶瓷是未来毫米波移动通讯技术中的关键材料之一, 其基本性能参数εr、Qf值及谐振频率温度系数(τf)的精确评价乃是相关研究中最基础的课题之一。TE011模式平行板法及金属谐振腔法为评价微波介电性能的通用方法, 但在使用时却存在一些被长期忽视的问题, 其对低εr微波介质陶瓷的研究及应用尤为重要。本综述将探讨评价低εr微波介质陶瓷性能时在TE011谐振模式的准确识别、Qf值的测试可靠性及τf的测试可靠性等方面存在的若干关键问题, 并给出相应的解决方案。

微波介质陶瓷作为介质材料被广泛应用于物联网、工业互联网、5G通信、全球卫星通信系统的无源器件中。从微波介质陶瓷的研究背景出发, 介绍了冷烧结的致密机理和工艺参数, 总结了冷烧结微波介质陶瓷的主要材料体系和器件, 指出了冷烧结微波介质陶瓷的主要问题和发展前景。冷烧结技术具有烧结温度低(<300 ℃)、可共烧异质材料、烧结前后晶粒尺寸差异小、制备工艺简单、节能环保等多种优点, 在多层共烧陶瓷和微波系统集成方面具有潜在应用。