LTCC基板用玻璃陶瓷材料的制备及性能

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根据最近国内外低温共烧陶瓷材料(LTCC)的研究进展和电子封装技术对LTCC材料的要求,本文采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析仪(DTA)、阻抗分析仪、热膨胀系数仪等分析仪器,系统研究了CaO-B2O3-SiO2(简称CBS)玻璃/陶瓷复合材料和CaO-Al2O3-SiO2-B2O3(简称CASB)微晶玻璃的组成和烧结特性、晶化、微结构、介电性能、热膨胀特性、显微硬度等的内在关系;针对CASB玻璃流延成型的浆料及工艺进行了初步探讨。结果如下:系统研究了CBS玻璃/堇青石(或硅灰石)复合材料的组成对性能的影响。CBS玻璃/堇青石复合材料的介电常数和热膨胀系数随堇青石陶瓷含量的增加而减小,显微硬度随堇青石陶瓷含量的增加而增加。堇青石的加入抑制了CBS玻璃中石英的析出。钙长石数量随堇青石含量和烧结温度的增加而增加,没有恶化材料的物理性能。CBS玻璃/硅灰石复合材料的介电常数随硅灰石含量的增加而稍微减小,显微硬度随硅灰石含量的增加而增加。硅灰石的加入改变了CBS玻璃的组成,抑制了方石英和钙硼石的析出,有利于生成硅灰石相。低温烧结(≤1000℃)成功制备出CBS玻璃/堇青石(硅灰石)陶瓷复合材料。其相对密度、介电常数、介电损耗和热膨胀系数分别为96%、5-6、0.15%-0.4%和4.21-7.25×10-6/℃。系统研究了玻璃组成对CASB玻璃析晶性能的影响,引入了k(T)判据判断各氧化物对玻璃析晶特性的影响:随着CaO/Al2O3比的增加,CASB玻璃转变温度和析晶放热峰温度逐渐降低,而且析晶放热峰变得尖锐;降低了玻璃的析晶活化能,增大了析晶速率常数k(T),有利于玻璃的析晶,并促进了硅酸钙的析出。在CaO/Al2O3不变的基础上,随SiO2量的增加,CASB玻璃转变温度和析晶放热峰温度移向高温,使玻璃的析晶困难,但降低了热膨胀系数和介电常数。随着SiO2/CaO比增大,析晶峰变得平缓,析晶放热峰温度逐渐升高,增加了玻璃的析晶活化能,降低了析晶速率常数k(T)。SiO2/CaO不变的基础上,随Al2O3量的增加,烧结温度降低,促进了莫来石的析出。所研究的以钙长石为主晶相的CASB微晶玻璃具有低烧温度(900-1000℃)、适中的介电常数(6.9-7.5)、低介电损耗(≤0.1%)、小的介电常数温度稳定性(66-113×10-6/℃)和低的热膨胀系数(3.8-4.5×10-6/℃),有望用于电子封装领域。研究各种有机添加剂(如溶剂、分散剂、粘结剂和增塑剂)在流延浆料中的作用、机理及选择原则。选定合理的溶剂为甲基乙基酮/乙醇共沸溶剂,分散剂为磷酸三丁酷,粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB),增塑剂为邻苯二甲酸二丁脂(DBP)。研究了增塑剂/粘接剂之比(R)对流延浆料的性能的影响。流延浆料的最佳配比为:玻璃粉体100g(玻璃粉体粒径D50为约2μm),R为0.6,分散剂为3g,粘结剂为18g,增塑剂为10.8g,溶剂含量为140-180g。
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