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

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40vol.%时，薄膜电容的电容密度可达8.86pF/mm2，仍然表现出较好的结合力（0.92kN/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。

目录

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

NANO-Al/BaTiO3/EPOXY THREE-PHASE COMPOSITES AS EMBEDDED DIELECTRICS

摘 要

ABSTRACT

VACKNOWLEDGEMENTS

CONTENTS

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1.1 Evolution of electronic packaging

1.2 Embedded passives

1.3 Embedded capacitors

1.4 Dielectric mechanisms

1.4.1 Capacitance, dielectric constant and polarization

1.4.2 Dielectric loss

1.5 Overview of high dielectric films for embedded capacitors

1.6 Challenges and research objectives

CHAPTER 2 EXPERIMENTAL

2.1 Materials

2.1.1 Epoxy

2.2 Instrumentation and characterization procedure

CHAPTER 3 FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF BATIO3/EPOXY COMPOSITES PROCESSED BY BAR-COATING FOR EMBEDDED CAPACITOR FILMS (ECFS)

3.1 Introduction

3.2 Experimental

3.2.1 Materials

3.3 Results and discussion

3.4 Conclusions

CHAPTER 4 HIGH DIELECTRIC CONSTANT ALUMINUM /EPOXY COMPOSITES AS EMBEDDED DIELECTRIC

4.1 Introduction

4.2 Experimental

4.2.1 Materials

4.2.2 Sample preparation and characterization

4.3 Results and discussion

4.4 Conclusions

CHAPTER 5 THREE-PHASE NANOALUMINUM-BATIO3/EPOXY PERCOLATIVE COMPOSITES WITH HIGH DIELECTRIC CONSTANTS

5.1 Introduction

5.2 Experimental

5.2.1 Materials

5.2.2 Sample preparation and characterization

5.3 Results and discussion

5.4 Conclusions

CHAPTER 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK

6.1 Conclusions

6.2 Outlook

REFERENCES

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书