掺杂钙硼硅微晶玻璃制备及性能研究

发布时间：2017-08-12 19:06

  本文关键词：掺杂钙硼硅微晶玻璃制备及性能研究

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【摘要】：随着现代电子信息技术的快速发展,要求电子设备向高集成、高稳定、低损耗的方向发展,对应用于电子封装技术中的LTCC基板材料提出更高要求。以开发符合市场需求的LTCC基板材料作为导向,探索新型材料体系和改性现有体系成为当今研究的热点。CaO-B_2O_3-SiO_2系(CBS)微晶玻璃具有相对介电常数低、介电损耗小、和硅芯片热膨胀系数相近、以及和金属浆料匹配性良好、能够减少高频信号驰豫等特点,被广泛应用在微电子封装领域中。然而,CBS系微晶玻璃仍存在烧结致密性不足、烧结温度较高等问题,有待进一步研究。本文通过掺杂改性的方法,降低CBS玻璃烧结温度,提升致密性；探寻不同添加剂提升CBS微晶玻璃致密性的机理,揭示添加剂对CBS玻璃相组成、微观结构及各种性能的影响规律；引入高热导材料AlN对CBS玻璃热导率进行改性,研究了AlN对CBS玻璃致密性和热导率的影响规律,并采用掺杂助剂提高AlN+CBS复合材料致密性。(一)研究了ZrO_2掺杂的CBS微晶玻璃结构和性能。结果表明：适量的ZrO_2可以降低CBS玻璃析晶温度,使其在770℃析出α-CaSiO_3。ZrO_2作为网络中间体氧化物可降低玻璃粘度,促进烧结致密。当wt(ZrO_2)小于7wt%, ZrO_2添加量增加有利于各项性能的改善；wt(ZrO_2)大于7wt%,由于玻璃网络中间体数量增加,导致体积电阻率、介电强度和热导率稍有下降。(二)研究了Al_2O_3掺杂的CBS微晶玻璃结构和性能。结果表明：Al_2O_3可抑制β-CaSiO_3的析出,使β-CaSiO_3相向α-CaSiO_3相转变,Al_2O_3在玻璃中以[AlO4]四面体和[AlO_3]3-八面体形式存在。烧结特性与各项性能与添加量和烧结条件密切相关。适量Al_2O_3降低CBS玻璃粘度,提高烧结致密性,降低烧结温度,有效控制[AlO_3]3-八面体数量,防止介质损耗增大。wt(Al_2O_3)=5%的CBS玻璃在800℃烧结30min后得到样品的各项性能最优。(三)研究了CBS+AlN复合材料的结构和性能。结果表明：AlN可改变CBS析晶行为,随AlN含量增加,β-CaSiO_3和Ca2SiO4转变为CaAl_2Si2O8相。50wt%AlN+50wt%CBS在900℃烧结30min的样品致密性最好。因受到致密性影响,AlN提高热导率程度有限。适量引入LiF和Al_2O_3可提升CBS+AlN复合材料致密性,但LiF使试样介电损耗急剧增大。
【关键词】：LTCC CaO-B_2O_3-SiO_2 微晶玻璃 添加剂 介电性能
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ171.733
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 LTCC技术简介11-12
• 1.3 LTCC技术特点12-13
• 1.4 LTCC基板材料分类13-16
• 1.4.1 微晶玻璃系13-15
• 1.4.2 玻璃+陶瓷系15-16
• 1.4.3 单相陶瓷系16
• 1.5 LTCC基板材料的性能参数及其物理基础16-22
• 1.5.1 电介质极化机制16-18
• 1.5.2 电介质极化强度与极化率18-19
• 1.5.3 介电常数和介质损耗19-20
• 1.5.4 介电强度及体积电阻率20-21
• 1.5.5 电介质的热导率及热膨胀系数21-22
• 1.5.6 电介质材料的机械性能22
• 1.6 LTCC制备技术22-23
• 1.6.1 LTCC降温方法22-23
• 1.6.2 LTCC烧结工艺23
• 1.7 LTCC的国内外研究进展23-25
• 1.8 研究背景与立题依据25-27
• 第二章 实验过程及分析测试方法27-35
• 2.1 实验原料27
• 2.2 样品制备27-29
• 2.2.1 玻璃制备28
• 2.2.2 微晶玻璃烧结制备28-29
• 2.3 样品测试29-35
• 2.3.1 密度测试29
• 2.3.2 X射线衍射分析测试(XRD)29
• 2.3.3 扫描电子显微镜分析测试(SEM)29-30
• 2.3.4 红外光谱分析测试30
• 2.3.5 差热分析测试(DTA)30
• 2.3.6 介电性能测试30-31
• 2.3.7 介电强度测试31
• 2.3.8 体积电阻率测试31-32
• 2.3.9 热导率测试32
• 2.3.10 热膨胀系数测试32-33
• 2.3.11 抗弯强度测试33-35
• 第三章 掺杂ZrO_2的CBS微晶玻璃制备及性能研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 ZrO_2掺杂对CBS玻璃的结构和晶化的影响35-37
• 3.3 掺杂ZrO_2的CBS玻璃的烧结致密特性和微观结构37-40
• 3.4 掺杂ZrO_2的CBS微晶玻璃的介电性能40-41
• 3.5 掺杂ZrO_2的CBS微晶玻璃的体积电阻率和介电强度41-42
• 3.6 掺杂ZrO_2的CBS微晶玻璃的热导率、热膨胀系数和抗弯强度42-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第四章 掺杂Al_2O_3的CBS微晶玻璃制备及性能研究45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 Al_2O_3掺杂对CBS玻璃的结构和晶化的影响45-48
• 4.3 掺杂Al_2O_3的CBS微晶玻璃的烧结致密特性和微观结构48-51
• 4.4 掺杂Al_2O_3的CBS微晶玻璃的介电性能51-52
• 4.5 掺杂Al_2O_3的CBS微晶玻璃的体积电阻率和介电强度52-53
• 4.6 掺杂Al_2O_3的CBS微晶玻璃的热导率、热膨胀系数和抗弯强度53-54
• 4.7 本章小结54-57
• 第五章 CBS+AlN复合材料制备及性能研究57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 CBS+AlN复合烧结特性和微观结构57-61
• 5.3 CBS+AlN复合材料的物相分析61-62
• 5.4 CBS+AlN复合材料的介电性能62-63
• 5.5 CBS+AlN复合材料的体积电阻率和介电强度63-64
• 5.6 CBS+AlN复合材料的热导率、热膨胀系数和抗弯强度64-65
• 5.7 掺杂助剂对CBS+AlN复合烧结的影响65-68
• 5.7.1 LiF对CBS+AlN复合样品密度和介电性能的影响65-67
• 5.7.2 Al_2O_3对CBS+AlN复合样品密度和介电性能的影响67-68
• 5.8 本章小结68-69
• 第六章 全文总结69-71
• 参考文献71-77
• 致谢77-79
• 个人简历79-81
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果81

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