LTCC中玻璃/陶瓷复合基板材料的热性能研究

摘要

与以往LTCC基板材料的研究不同的是，本文专门针对玻璃/陶瓷复合材料的烧结性能和热性能进行了研究，探索配方和烧结温度对基板材料的烧结性能和热性能的影响规律，摸索出最佳配比和烧结温度，从而保证基板材料在共烧和使用过程中的热可靠性。
　　本论文采用差热分析仪(DTA-TG)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热膨胀系数测试仪、热导仪等分析设备，系统研究了钠硅酸盐玻璃/陶瓷复合材料的组成和烧结温度与烧结收缩率、致密度、相组成、热膨胀系数和热扩散系数之间的关系;有针对性的讨论了添加剂Bi2O3和ZnO对钠硅酸盐玻璃/陶瓷复合材料的烧结性能和热性能的影响;同时，研究了在相同的烧结温度下，玻璃软化点对CBS玻璃/陶瓷的烧结性能和热性能的影响，从而判断出各氧化物的作用，初步研究了烧结温度对CBS玻璃/陶瓷热性能的影响。
　　实验结果表明:在800～950℃的烧结温度范围内，钠硅酸盐玻璃/氧化铝复合基板的径向收缩率较小，致密度较低，但热性能较好，添加Bi2O3和ZnO后，致密性和热性能没有改善，反而因生成较多方石英而恶化;当Bi2O3添加量为6％时，钠硅酸盐玻璃/堇青石试样的径向收缩率和密度在850℃达到最大值，分别为9％和2.42cm3/g，热膨胀系数为(5.0～6.0)*10-6/℃(RT～300℃)，热扩散系数较大，说明Bi2O3起提高玻璃的流动性和抑制玻璃析晶的作用。在固定烧结温度为850℃的条件下，对于CBS/陶瓷复合材料，三组不同配方的CBS玻璃，无论采用氧化铝还是堇青石作为填充成分，最终试样的烧结性能和热性能的变化规律都基本相似，在最高温850℃烧成并保温2小时的CBS-3/堇青石复合基板的综合性能最佳，其径向收缩率达到17％，密度为2.301cm3/g，热膨胀系数为4.0*10-6/℃(RT～300℃)，接近硅芯片的热膨胀系数（3.5*10-6/℃），热扩散系数较大，有望用于电子封装领域。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 各种微电子封装的基板材料

1．1．1 陶瓷封装材料

1．1．2 有机多层基板材料

1．1．3 硅基板材料

1．1．4 金刚石

1．1．5 金属

1．1．6 金属基复合材料

1．2 对封装基板材料的要求

1．2．1 电学性能

1．2．2 热学性能

1．2．3 机械性能

1．2．4 化学性能

1．3 LTCC技术的概述

1．3．1 LTCC的概念

1．3．2 LTCC基板的特性

1．3．3 LTCC材料的分类

1．3．4 LTCC的应用

1．4 LTCC基板材料实现低温共烧的方法

1．5 LTCC基板材料国内外研究状况

1．6 本课题研究的出发点和研究内容

第二章 实验

2．1 实验原理

2．2 实验方法

2．3 测试系统

2．4 实验原料

2．5 CBS玻璃粉的制备

2．5．1 CBS玻璃粉的组成设计

2．5．2 CBS玻璃粉的制备

2．5．3 CBS玻璃粉的热处理

2．6 堇青石瓷的制备

2．6．1 堇青石瓷的结构及基本特性

2．6．2 堇青石瓷的组成设计

2．6．3 堇青石瓷的制备工艺流程

2．7 玻璃／陶瓷的制备

2．7．1 玻璃／陶瓷的组成设计

2．7．2 玻璃／陶瓷的制备工艺流程

第三章 结果和分析

3．1 配比和烧结温度对钠硅酸盐玻璃／Al2O3玻璃陶瓷热性能的影响

3．1．1 对烧结性能的影响

3．1．2 对热膨胀系数的影响

3．1．3 对热扩散系数的影响

3．2 添加剂对钠硅酸盐玻璃／Al2O3玻璃陶瓷热性能的影响

3．2．1 对烧结性能的影响

3．2．2 对热膨胀系数的影响

3．2．3 对热扩散系数的影响

3．3 添加剂对钠硅酸盐玻璃／堇青石玻璃陶瓷热性能的影响

3．3．1 对烧结性能的影响

3．3．2 对热膨胀系数的影响

3．3．3 对热扩散系数的影响

3．4 CBS玻璃对CBS／Al2O3玻璃陶瓷热性能的影响

3．4．1 对烧结性能的影响

3．4．2 对热膨胀系数的影响

3．4．3 对热扩散系数的影响

3．5 CBS玻璃对CBS／堇青石玻璃陶瓷热性能的影响

3．5．1 对烧结性能的影响

3．5．2 对热膨胀系数的影响

3．5．3 对热扩散系数的影响

第四章 总结和建议

4．1 总结

4．2 建议

致谢

参考文献