硼硅铅玻璃/氧化铝的烧结特性与性能研究

论文摘要

为了满足高密度封装的需求,LTCC材料得到了广泛的关注和应用。本文以玻璃/陶瓷系LTCC材料为研究对象,通过玻璃成分设计、玻璃粉体制备、玻璃/陶瓷复合等工艺,在800～975℃的温度下复合烧结制备了SiO2-B2O3-PbO玻璃/Al2O3复合材料。采用DSC/TG、SEM、XRD等分析测试手段,系统研究了复合材料的烧结致密化和影响复合材料各项性能的因素。设计并制备了一种用于玻璃/Al2O3系低温共烧陶瓷的SiO2-B2O3-PbO玻璃,测试表明,该玻璃的介电常数为6（1MHz）,介质损耗为20～50×10-4（1MHz）,软化温度低于800℃,可以实现低温烧结。利用热膨胀系数测试仪测定并研究了玻璃/Al2O3复合材料生坯在烧结过程中的烧结收缩特性,结果表明,复合材料的烧结速率存在极大值,复合材料的最大烧结速率与玻璃相的变化不是严格的单调关系,根据烧结收缩曲线,可以科学制定复合材料的烧结工艺。采用等温烧结的方法研究了玻璃/Al2O3复合材料的烧结动力学,计算了复合材料的烧结初期激活能,结果表明,玻璃/Al2O3复合材料的烧结初期激活能为184.3～248.6 kJ/mol,致密化机理为扩散控制。系统研究了影响玻璃/Al2O3复合材料烧结致密化的各项因素。实验结果表明,复合材料的烧结致密化受Al2O3的粒径、形貌,玻璃与Al2O3的配比,生坯密度和烧结工艺等因素的影响。采用粒径为1μm的多面体状Al2O3,复合材料的相对密度较高,可以达到98%;提高玻璃的含量复合材料的相对密度增大;复合材料生坯的密度为60%时,复合材料的相对密度最大;复合材料的致密化温度随玻璃含量的增加向较低温度区间移动。系统分析了影响玻璃/Al2O3复合材料介电性能、热膨胀系数、热导率和力学性能的因素。并通过控制材料的组成,提高复合材料的综合性能,制得复合材料具有较低的介电常数（7～8）,较小的介质损耗(20×10-4),合适的热膨胀系数(5～7×10-6/℃),较高的热导率（3～4W/m·K）,较高的抗弯强度（>200MPa）。结果表明,玻璃/Al2O3复合材料具有优良的综合性能,能很好地满足高密度封装的需要。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 军用电子元器件对LTCC 技术的需求

1.1.1 军用电子元器件对高密度组件技术的要求

1.1.2 MCM 技术在军用装备系统集成中的作用

1.1.3 MCM 的分类及结构特点

1.2 低温共烧陶瓷基板技术和材料的特性

1.2.1 低温共烧陶瓷基板技术的特点

1.2.2 LTCC 技术对基板材料的要求

1.2.3 低温共烧陶瓷基板的材料体系

1.3 玻璃/陶瓷体系LTCC 基板材料研究现状

1.3.1 玻璃/陶瓷体系LTCC 基板材料的组成

1.3.2 玻璃/陶瓷体系LTCC 基板材料的研究现状

1.4 论文研究的意义、思想及内容

1.4.1 论文的研究意义

1.4.2 论文的研究思想

1.4.3 论文的主要研究内容

第二章实验过程及方法

2.1 实验用主要原料和仪器设备

2.1.1 实验用主要原料

2.1.2 实验用主要设备

2.1.3 实验用主要测试仪器

2.2 实验技术路线

2.3 样品的制备

2.3.1 玻璃粉体的制备

2.3.2 块状样品的制备

2.3.3 样品的烧结

2.4 分析与测试

2.4.1 密度和气孔率测定

2.4.2 粉体粒径分布测试

2.4.3 相组成分析

2.4.4 差示扫描量热分析

2.4.5 微观组织观察

2.4.6 介电性能测试

2.4.7 热膨胀系数测试

2.4.8 热导率测试

2.4.9 力学性能测试

第三章玻璃成分设计

3.1 玻璃各氧化物的选择

3.2 玻璃各氧化物含量的确定

3.3 玻璃的基本性能研究

3.4 小结

2O₃复合材料的烧结过程和动力学研究'>第四章玻璃/Al₂O₃复合材料的烧结过程和动力学研究

2O₃ 复合材料的烧结过程'>4.1 玻璃/Al₂O₃复合材料的烧结过程

4.1.1 复合材料的烧结类型

4.1.2 复合材料的致密化过程

4.1.3 复合材料的致密化因子

2O₃ 生坯的烧结收缩行为'>4.2 玻璃/Al₂O₃生坯的烧结收缩行为

4.3 复合材料的烧结初期动力学研究

4.4 小结

2O₃复合材料烧结致密化研究'>第五章玻璃/Al₂O₃复合材料烧结致密化研究

2O₃ 的粒径和形貌对烧结致密度的影响'>5.1 Al₂O₃的粒径和形貌对烧结致密度的影响

2O₃ 的配比对烧结致密度的影响'>5.2 玻璃与Al₂O₃的配比对烧结致密度的影响

5.3 生坯的密度对烧结致密度的影响

5.4 烧结工艺对烧结致密度的影响

5.5 小结

2O₃复合材料的性能研究'>第六章玻璃/Al₂O₃复合材料的性能研究

2O₃ 复合材料的介电性能'>6.1 玻璃/Al₂O₃复合材料的介电性能

2O₃ 复合材料的介电常数'>6.1.1 玻璃/Al₂O₃复合材料的介电常数

2O₃ 复合材料的介质损耗'>6.1.2 玻璃/Al₂O₃复合材料的介质损耗

6.1.3 复合材料介电性能的频率特性

2O₃ 复合材料的热膨胀性能'>6.2 玻璃/Al₂O₃复合材料的热膨胀性能

2O₃ 复合材料的导热性能'>6.3 玻璃/Al₂O₃复合材料的导热性能

6.3.1 烧结致密度对复合材料热导率的影响

6.3.2 玻璃含量对热导率的影响

2O₃ 复合材料的力学性能'>6.4 玻璃/Al₂O₃复合材料的力学性能

6.4.1 气孔率对复合材料力学性能的影响

6.4.2 玻璃含量对复合材料力学性能的影响

2O₃ 粒径对复合材料力学性能的影响'>6.4.3 Al₂O₃粒径对复合材料力学性能的影响

6.5 小结

第七章结论

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

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