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用于嵌入式电容器的介电纳米铝/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料

作　者: 陈冲
导　师: 翁履谦；于淑会；孙蓉
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 纳米复合材料嵌入式电容介电性能渗流阈值
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电子器件和设备向着小型化、多功能化的方向发展,电子封装技术已经进入高密度的系统级封装发展阶段。系统级封装要求把包括电容、电感、电阻在内的无源器件内埋到有机基板内部,以节省线路板空间,提高电学性能,降低成本,更多的选择设计。电容在所有无源器件中所占比例高达60%。系统级封装要求埋入式电容具有高的介电常数、低损耗、高的耐击穿电压以及易加工的特点。因此,与有机基板工艺兼容的电介质材料及埋入式电容的研发,是实现系统级电子封装的关键。本课题的研究目的旨在开发具有高介电常数、高的耐击穿电压、低损耗、易加工的复合电介质材料。以便制作出轻、薄、小的埋入式电容,并实现其在系统级封装中的应用。采用的方法就是结合环氧树脂和填料的各自优点来满足嵌入式电容的制备、介电性能以及机械性能。因为在高的填充量的条件下,电容的结合力和热可靠性都较差,因此目前的电容密度一般较低。本研究中,利用偶联剂对钛酸钡BaTiO3粉末进行处理,并在铜箔上涂布、热压制得埋入式电容器,当BaTiO3填充量为40 vol.%时,薄膜电容的电容密度可达8.86 pF/mm2,仍然表现出较好的结合力(0.92 kN/m),并且通过了在150℃高温老化测试、260℃回流测试, 60℃/60RH%高温高湿测试。为了得到可重复高介电常数低损耗的介电材料,基于渗流理论,一种自氧化核壳结构金属纳米铝粉用于制备介电复合材料。结合实验数据,系统地分析和解释了Al的大小、Al2O3壳的厚度以及两界面聚合物- Al2O3和Al2O3-Al对对应渗流复合材料的介电性能的影响。复合材料表现出较高的介电常数(91)和较低的介电损耗(0.058)。为了得到超高介电常数,采用以BaTiO3/环氧树脂为基体添加金属纳米铝粉来制备渗流复合材料。三相复合材料表现出超高的介电常数346,并仍然表现出较好的结合力。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
ACKNOWLEDGEMENTS  8-14
CHAPTER 1 INTRODUCTION  14-28
  1.1 Evolution of electronic packaging  14-17
  1.2 Embedded passives  17-18
  1.3 Embedded capacitors  18
  1.4 Dielectric mechanisms  18-22
    1.4.1 Capacitance, dielectric constant and polarization  18-21
    1.4.2 Dielectric loss  21-22
  1.5 Overview of high dielectric films for embedded capacitors  22-26
    1.5.1 Ferroelectric ceramic materials  22-23
    1.5.2 Polymer materials  23-24
    1.5.3 Ferroelectric ceramic/polymer composites  24-25
    1.5.4 Conductive filler/polymer composites  25-26
  1.6 Challenges and research objectives  26-28
    1.6.1 Challenges  26-27
    1.6.2 Research objectives  27-28
CHAPTER 2 EXPERIMENTAL  28-36
  2.1 Materials  28-31
    2.1.1 Epoxy  28-30
    2.1.2 Fillers  30-31
    2.1.3 Modifiers  31
  2.2 Instrumentation and characterization procedure  31-36
    2.2.1 Differential scanning calorimeter (DSC)  31-32
    2.2.2 Thermogravimetric analyzer (TGA)  32
    2.2.3 Dielectric analyzer  32
    2.2.4 Surface profilometer  32-33
    2.2.5 X-Ray diffractometer  33
    2.2.6 Scanning electron microscope (SEM)  33-34
    2.2.7 Transmission electron microscope (TEM)  34
    2.2.8 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)  34-36
CHAPTER 3 FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF BATIO_3/EPOXY COMPOSITES PROCESSED BY BAR-COATING FOR EMBEDDED CAPACITOR FILMS (ECFS)  36-51
  3.1 Introduction  36-37
  3.2 Experimental  37-41
    3.2.1 Materials  37-39
    3.2.2 Sample preparation and characterization  39-41
  3.3 Results and discussion  41-50
    3.3.1 Curing behaviors of epoxy  41-43
    3.3.2 Dielectric behaviors of epoxy/BaTiO_3 composite ECFs  43-46
    3.3.3 Reliability test of epoxy/BaTiO_3 composite ECFs  46-50
  3.4 Conclusions  50-51
CHAPTER 4 HIGH DIELECTRIC CONSTANT ALUMINUM /EPOXY COMPOSITES AS EMBEDDED DIELECTRIC  51-64
  4.1 Introduction  51-52
  4.2 Experimental  52-53
    4.2.1 Materials  52
    4.2.2 Sample preparation and characterization  52-53
  4.3 Results and discussion  53-63
    4.3.1 Core-shell structure of self-passivated Al particles  53-54
    4.3.2 Surface modification of nanoaluminum particles  54-58
    4.3.3 Dielectric properties of Al percolative composites  58-63
  4.4 Conclusions  63-64
CHAPTER 5 THREE-PHASE NANOALUMINUM-BATIO_3/EPOXY PERCOLATIVE COMPOSITES WITH HIGH DIELECTRIC CONSTANTS  64-71
  5.1 Introduction  64
  5.2 Experimental  64-65
    5.2.1 Materials  64-65
    5.2.2 Sample preparation and characterization  65
  5.3 Results and discussion  65-70
  5.4 Conclusions  70-71
CHAPTER 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK  71-74
  6.1 Conclusions  71-72
  6.2 Outlook  72-74
REFERENCES  74-77

用于嵌入式电容器的介电纳米铝/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料

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