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氟氧微晶玻璃/二氧化硅系低温共烧陶瓷材料及流延制备工艺研究

作　者: 王阳培华
导　师: 齐西伟
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: B2O3-SiO2-AlF3 低温共烧陶瓷 介电性能 高频低介
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近年来,随着电子信息技术的飞速发展,电子元器件对微型化、集成化和高频化要求不断提高。同时选择适当的能与银等导电材料在低温下实现共烧,从而制作多层元件或把无源器件埋入多层电路基板中,成为上述趋势的必然要求。目前,在众多的封装技术中,利用低温共烧陶瓷(LTCC)技术制备的片式无源集成器件不仅具备高电流密度、高频高Q特性,而且还具备高可靠性、优良的电性能、以及传输特性和密封性能。目前国内外科研工作者对高频低介电陶瓷都有浓厚的兴趣,新种类的低介陶瓷不断被开发出来,但依然存在各种各样的问题和不足之处。例如：(1)烧结温度过高,难以实现低温共烧；(2)频率温度系数较大,不能满足高频器件的要求；(3)与银电极共烧报道极少,以及很少涉及流延共烧,因此开发能满足LTCC要求的工业化适用的新型高频低介陶瓷具有重要的意义。本文通过对高硼硅B2O3-SiO2-AlF3体系的研究发现：该陶瓷体系具有较小的介电常数(ε<5.5)和优异的介电性能。本文通过加入晶核剂P2O5、控制烧结工艺条件、利用中和效应来控制材料的晶相和显微结构,进而控制介电性能。本文的主要研究成果如下：(一)研究了高硼硅B2O3-SiO2-AlF3体系的烧结特性和介电性能,通过锂钠离子的中和效应改善了陶瓷系统的烧结行为和介电性能,获得了一种具有宽的烧结温度区域、介电常数为5左右、致密度高、品质因素较高的高频低介陶瓷,为高频低介电子元器件的制备提供了一种新的选择。在添加晶核剂P205的氟氧玻璃体系中虽然拓宽了体系的烧结温度,但是气孔缺陷较多。(二)材料组成设计首先以半导体技术中的low-k薄膜的设计思想为指导方针,即将氟离子引入到玻璃相中,利用氟离子高的电负性,使材料系统中的电子受到强的束缚作用,从而降低材料的介电常数和介电损耗。同时适量A1F3的使用一方面可以使F以较为容易的方式引入到玻璃系统；另一方面A1的引入使系统在烧结过程中易于晶化形成氧化铝或与其他金属铝酸盐陶瓷晶粒,形成具有良好机械性能的低温共烧陶瓷。(三)研究分析了加入形核剂P205的高硼硅B2O3-SiO2-AlF3体系的流延工艺以及与银电极共烧的性能,以期掌握流延工艺各个因素的影响。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-34
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 LTCC  13-20
    1.2.1 LTCC技术流延工艺以及特点  13-15
    1.2.2 LTCC技术发展与现状  15-17
    1.2.3 LTCC技术的特点和应用  17-20
  1.3 功能陶瓷的物理性能  20-31
    1.3.1 材料的极化和表面电荷  20-23
    1.3.2 材料的介电常数和介电损耗  23-30
    1.3.3 高频低介材料的液相烧结机理  30-31
  1.4 高频低介陶瓷材料的发展现状  31
  1.5 现有低介LTCC材料系统的主要问题  31-32
  1.6 本文研究问题和安排  32-34
第2章 实验方法  34-40
  2.1 实验材料与设备选择  34-37
    2.1.1 原料与设备  34
    2.1.2 原料的物理化学性能  34-36
    2.1.3 氟氧玻璃基低介电陶瓷材料设计  36-37
  2.2 实验工艺与流程  37-38
  2.3 样品测试  38-39
    2.3.1 材料的密度及收缩率测试方法  38-39
    2.3.2 材料的结构测试方法  39
    2.3.3 材料的介电性能测试  39
  2.4 本章小结  39-40
第3章 B_2O_3-SiO_2-AlF_3体系微晶玻璃的性能  40-50
  3.1 引言  40
  3.2 实验配方与工艺  40-41
  3.3 B_2O_3-SiO_2-AlF_3体系样品的结构  41-47
    3.3.1 不同烧结温度的样品的烧结特性  41-42
    3.3.2 不同烧结温度的物相组成以及微观结构  42-47
  3.4 烧结温度对体系介电性能和烧结特性的影响  47-49
    3.4.1 介电性能  47-48
    3.4.2 与银的共烧微观特性  48-49
  3.5 本章结论  49-50
第4章 掺入P_2O_5对B_2O_3-SiO_2-AlF_3体系性能的影响  50-58
  4.1 引言  50
  4.2 实验配方与工艺条件  50-51
  4.3 晶核剂P_2O_5对体系介电性能和烧结特性的影响  51-56
    4.3.1 不同烧结温度的样品的烧结特性以及物相分析  51-53
    4.3.2 介电性能  53-55
    4.3.3 微观特性  55-56
  4.4 本章结论  56-58
第5章 B_2O_3-Si_2-AlF_3体系材料的流延工艺及性能  58-62
  5.1 引言  58
  5.2 流延原料的选择以及工艺  58-59
    5.2.1 流延原料的选择  58-59
    5.2.2 流延工艺  59
  5.3 与银的共烧微观特性  59-60
  5.4 本章结论  60-62
第6章 结论  62-64
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-64
参考文献  64-70
附录 攻读硕士期间公开发表的论文  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备
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