鈣硼硅系高膨脹陶瓷復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、在高速發(fā)展的微電子技術(shù)推動(dòng)下，電子系統(tǒng)正朝著超大規(guī)模化、高度集成化、多功能微型化方向發(fā)展，而在電子產(chǎn)品中最重要的部件是芯片。在芯片二級(jí)封裝中，使用了多層陶瓷基板球柵陣列封裝技術(shù)(CBGA)，為了防止基板與印刷電路板(PCB)的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而導(dǎo)致焊點(diǎn)失效，損壞芯片，則需要研究高熱膨脹系數(shù)的低溫共燒(LTCC)基板材料。
　　在成熟的鋇硼硅玻璃陶瓷體系中，仍存在熱膨脹系數(shù)曲線線性度差的問(wèn)題。經(jīng)查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)鈣硼硅玻璃具有

2、高線性度的熱膨脹系數(shù)曲線，于是用CaO部分取代BaO來(lái)研究鋇硼硅玻璃陶瓷的性能，結(jié)果顯示，材料體系的CTE值曲線的線性度變好。在此基礎(chǔ)上，研究CaO完全取代BaO后新體系鈣硼硅玻璃陶瓷的性能，這是一種鈣硼硅系玻璃加石英砂的材料，在950℃下采用傳統(tǒng)固相法燒結(jié)。通過(guò)對(duì)不同配方組成進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究該材料體系晶相含量、抗彎強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、介電性能和微觀性能等方面的性能，發(fā)現(xiàn)主晶相為石英相與硅灰石，CaO含量的增加抑制了方石英相析出，α-方石英

3、與β-方石英間會(huì)引起體積變化的相轉(zhuǎn)變減少，從而獲得比之前更高線性度的CTE值曲線。硅灰石作為新晶相，當(dāng)為三斜晶系的針狀結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠極大地提升玻璃陶瓷抗彎強(qiáng)度，但由于該晶相的CTE值較小，約為6.5ppm/℃，會(huì)導(dǎo)致樣品總的CTE值減小。當(dāng)CaO含量為40wt％時(shí)，鈣硼硅玻璃陶瓷可獲得高機(jī)械強(qiáng)度222.5MPa，CTE值達(dá)到9.39ppm/℃，且具備高線性度的CTE值曲線及優(yōu)良介電性能；在石英砂含量為35wt%時(shí)，熱膨脹系數(shù)提高至11.8

4、ppm/℃，并具備一定的抗彎強(qiáng)度150MPa，能夠滿足CBGA封裝的要求。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)過(guò)量的CaO或SiO2都會(huì)惡化玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，降低性能。
　　最后對(duì)鈣硼硅玻璃陶瓷進(jìn)行了析晶動(dòng)力學(xué)、燒結(jié)動(dòng)力學(xué)及熱膨脹系數(shù)理論計(jì)算的深入研究，采用Kissinger法計(jì)算樣品析晶活化能E，Ozawa法計(jì)算析晶指數(shù)n，發(fā)現(xiàn)過(guò)量CaO使能量勢(shì)壘提高，樣品從表面結(jié)晶變?yōu)轶w析晶；燒結(jié)激活能的計(jì)算結(jié)果顯示，CaO增加會(huì)抑制石英及方石英析出，石英和方石英之