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Structure, thermal and microwave dielectric properties of cold-sintered Li2MoO4[sbnd]Al2O3 ceramic
Journal of Materiomics ( IF 8.4 ) Pub Date : 2024-09-15 , DOI: 10.1016/j.jmat.2024.100940 Naichao Chen, Jin Cheng, Xinwei Xu, Hongye Wang, Xiaoyu Li, Zhan Zeng, Bingfeng Zhao, Mingzhao Xu, Hong Wang
Journal of Materiomics ( IF 8.4 ) Pub Date : 2024-09-15 , DOI: 10.1016/j.jmat.2024.100940 Naichao Chen, Jin Cheng, Xinwei Xu, Hongye Wang, Xiaoyu Li, Zhan Zeng, Bingfeng Zhao, Mingzhao Xu, Hong Wang
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Dielectric ceramics are essential components in communication systems that operate within the microwave frequency range. In high-density packages, dielectric substrates ceramics must possess high thermal conductivity to efficiently dissipate heat. However, achieving adequate thermal conductivity (κ ) in ceramics sintered at low temperatures is challenging. In this study, we employed the cold sintering process (CSP) to fabricate Li2 MoO4 -x %Al2 O3 (0≤x ≤ 80, in volume) ceramics under 200 MPa pressure at 150 °C. The Li2 MoO4 40%Al2 O3 composite exhibited significantly enhanced κ of 5.4 W·m−1 ·K−1 , an 80% increase compared to pure Li2 MoO4 ceramic with κ of 3 W·m−1 ·K−1 . At 40% Al2 O3 content, the Li2 MoO4 Al2 O3 ceramic demonstrated notable microwave properties (ε ∼ 6.67, Q×f ∼ 17,846 GHz, τ f ∼ −105 × 10−6 °C-1 ). Additionally, simulation of a microstrip patch antenna for 5 GHz applications using Li2 MoO4 20%Al2 O3 ceramic as dielectric substrate via Finite Element Simulation software showed excellent performance, with radiation efficiency exceeding 99% and low return loss (S 11 < −30 dB) at both 4.9 GHz and 28.0 GHz center frequencies. These findings underscore the suitability of Li2 MoO4 Al2 O3 ceramics for microwave dielectric substrate.
中文翻译:
冷烧结Li2MoO4[sbnd]Al2O3陶瓷的结构、热和微波介电性能
介电陶瓷是在微波频率范围内工作的通信系统中的重要元件。在高密度封装中,介电基板陶瓷必须具有高导热性才能有效散热。然而,在低温烧结的陶瓷中实现足够的导热系数 (κ) 具有挑战性。在本研究中,我们采用冷烧结工艺 (CSP) 在 200 MPa 压力下、150 °C 下制备了 Li2MoO4-x%Al2O3 (0≤x ≤ 80,体积)陶瓷。 Li2MoO440%Al2O3复合材料的κ显著增强,为5.4 W·m−1·K−1,与 κ 为 3 W·m−1·K−1 的。在 Al2O3 含量为 40% 时,Li2MoO4Al2O3 陶瓷表现出显着的微波性能(ε ∼ 6.67,Q×f ∼ 17,846 GHz,τf ∼ −105 × 10−6 °C-1)。此外,通过有限元仿真软件对使用 Li2MoO420%Al2O3 陶瓷作为介电基板的 5 GHz 应用微带贴片天线进行仿真,在 4.9 GHz 和 28.0 GHz 中心频率下均表现出优异的性能,辐射效率超过 99%,回波损耗低 (S11 < −30 dB)。这些发现强调了 Li2MoO4Al2O3 陶瓷对微波介电衬底的适用性。
更新日期:2024-09-15
中文翻译:

冷烧结Li2MoO4[sbnd]Al2O3陶瓷的结构、热和微波介电性能
介电陶瓷是在微波频率范围内工作的通信系统中的重要元件。在高密度封装中,介电基板陶瓷必须具有高导热性才能有效散热。然而,在低温烧结的陶瓷中实现足够的导热系数 (κ) 具有挑战性。在本研究中,我们采用冷烧结工艺 (CSP) 在 200 MPa 压力下、150 °C 下制备了 Li2MoO4-x%Al2O3 (0≤x ≤ 80,体积)陶瓷。 Li2MoO440%Al2O3复合材料的κ显著增强,为5.4 W·m−1·K−1,与 κ 为 3 W·m−1·K−1 的。在 Al2O3 含量为 40% 时,Li2MoO4Al2O3 陶瓷表现出显着的微波性能(ε ∼ 6.67,Q×f ∼ 17,846 GHz,τf ∼ −105 × 10−6 °C-1)。此外,通过有限元仿真软件对使用 Li2MoO420%Al2O3 陶瓷作为介电基板的 5 GHz 应用微带贴片天线进行仿真,在 4.9 GHz 和 28.0 GHz 中心频率下均表现出优异的性能,辐射效率超过 99%,回波损耗低 (S11 < −30 dB)。这些发现强调了 Li2MoO4Al2O3 陶瓷对微波介电衬底的适用性。