介電材料

介電材料又叫電介質，是以電極化為特徵的材料。介電材料是通過感應而非傳導的方式傳遞、存儲或記錄電場的作用和影響。其中電極化是在外電場作用下，分子中正負電荷中心發生相對位移而產生電偶極矩的現象，而介電常數是表徵電介質的最基本參數。

此外，電介質材料一般為非導電體，即絕緣體，一般是指電導率低於 的材料。

介電材料主要用於製造電容器。要求材料的電阻率高，介電常量大。

介電材料的種類很多，重要的有金紅石（ ）瓷，含二氧化鈦的複合氧化物陶瓷，如鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鋇等。雲母具有層狀結構，易剝離成薄片，適於用作疊層型電容器。六方氮化硼耐高溫、導熱係數大，是理想的高溫導熱絕緣材料。白寶石（）、尖晶石（ ）等可作電子器件的襯底材料，可在它上面生長單晶硅膜。

介電材料主要分為氣體電介質材料、液體電介質材料及固體電介質材料。

氣體電介質材料包括非極性氣體（如He、 、 、 和 ），極牲氣體（如HCl、NO等），還有一些混合氣體如空氣，其中最常用的是天然氣介質。

液體電介質材料，包括非極性和弱極性液體（如 、苯、二甲苯、汽油、煤油等），極性液體（如乙醇、水、三氯聯苯等）。

固體電解質材料是使用最多的電介質材料，主要包括陶瓷和高聚物兩類，還包括金剛石、硅、硫等晶體。電介質陶瓷為我們本章主要講述的材料，其應用最廣泛。高分子聚合物電介質材料目前也有開展研究及應用，包括聚乙烯及聚四氟乙烯等。

介電材料主要包括電容器介質材料和微波介質材料兩大體系。其中用於電容器介質的介電材料在整個介電材料中佔有很大比重，它可分為有機材料和無機材料兩大類。近年來，新型陶瓷介電材料獲得快速發展，其中獨石電容器材料就是典型的代表。微波介質材料主要是用於製造介質諧振器、微波集成電路基片與元件、介質天線等微波器件的介電材料。

電容器介電材料分為有機材料和無機材料兩大類（如右 圖所示）。有機介電材料分為極性介電材料和非極性介電材料兩種。其中除紙以外，均為高分子聚合物薄膜，即有機膜。無機介電材料則分為氣體和固體介電材料兩類。氣體包括空氣、壓縮氮氣、六氟化硫及混合氣體等。固體介電材料包括雲母、玻璃和陶瓷等。在各種介電材料中，紙、陶瓷、雲母屬傳統材料。陶瓷介電材料近年獲得快速發展，其中獨石電容器材料就是典型代表。

微波介電材料主要用於製造介質諧振器、微波集成電路及片與元件和家用微型平面天線等微波器件。介質諧振器由微波介質陶瓷材料構成，其發展非常迅速，材料種類繁多，其中典型材料包括 系統、鈣鈦礦型陶瓷。微波集成電路基片常用材料有聚四氟乙烯、石英、氧化鈹、氧化鋁、尖晶石、藍寶石、石榴石鐵氧體、砷化鉀、二氧化鈦和紅寶石等。

介電材料的主要驅動力是電氣和機械特性、可製造性和成本。這些因素的量級取決於市場和應用。對於許多市場，成本是最大的驅動力，而性能可能要折中。對於其他市場，性能是主要驅動力，成本不是問題。而可製造性影響成本以及質量和可靠性。

電氣和機械特性與性能直接相關，人們最感興趣的電氣性質是介電常數（k）和擴散因子（DF）。這些材料的穩定性，以及隨變化的溫度和濕度而發生變化的相應的電氣特性，也是一個因素。對於高速設計而言，低的k和低的DF是必要的，PTFE（聚四氟乙烯，Teflon）是具有最低k和DF性質的聚合物。

厚度容限和熱膨脹係數（CTE）也是影響因數。但是，PTFE是一種熱塑的、外形不穩定的、非常滑的材料，在沒有大的表面處理情況下，沒有哪樣東西能 夠粘附到上面。將PTFE與其他材料（例如玻璃增強劑）組合，在對介電特性最小影響的情況下，提高了機械性質。在過去數年中，為了產生多種類的期望特徵，材料工程師們已經合成聚合物和填充物的許多組合物和混合物。

如右圖所示說明了材料的通用成本結構。金字塔的底部由常規環氧樹脂層疊材料組成，並向上通過各種混合物或聚合物，直到頂部的PTFE基材料。