镁铝硅系低膨胀微晶玻璃的制备及性能研究

摘要

信息技术的迅猛发展，推动着集成电路系统不断朝着高密度化、超大规模化和多功能化方向发展，也使得电子封装技术日新月异，这对电子封装基板材料提出了更高要求。镁铝硅微晶玻璃因其低热膨胀系数、高抗弯强度以及优良的介电性能在LTCC封装材料领域有巨大应用潜能。本文以镁铝硅微晶玻璃为研究对象，通过对基础配方、掺杂改性的研究，以提高优化该体系封装材料的综合性能。 本实验选用热膨胀系数低、机械性能优良的镁铝硅微晶玻璃为对象，研究了基础配方和不同掺杂对其微观结构、晶相、热膨胀系数、抗弯强度、介电等性能的影响。在镁铝硅微晶玻璃体系中，Cr2O3具有明显的促进析晶的作用，适量掺杂Cr2O3，抗弯强度提高，热学性能优良。Cr2O3的掺杂量为3wt%时，样品性能最佳，具有高抗弯强度（180MPa）、低介电常数（5.50）、低热膨胀系数（1.71×10–6/℃）。在镁铝硅微晶玻璃体系中，掺杂2wt%的TiO2时，样品性能最佳，抗弯强度高（184MPa）、低热膨胀系数（1.76×10–6/℃）。在镁铝硅微晶玻璃体系中，B2O3具有明显的降烧作用，适量掺杂B2O3，样品的微观结构致密，抗弯强度高，同时具有优异的介电性能。B2O3的掺杂量为3wt%时，样品性能最佳，具有高抗弯强度（229MPa）和低热膨胀系数（1.66×10–6/℃）。在镁铝硅微晶玻璃体系中，ZrO2具有明显的促进析晶的作用，一定程度上降低微晶玻璃的烧结温度。保持ZnO+ZrO2=8wt%不变，Zn/Zr的值为5/3时，具有高抗弯强度（279MPa）、低介电损耗（tan?=0.3×10-3）、低热膨胀系数（3.46×10–6/℃），能够与Si芯片相匹配。 此外，本文讨论了几种常见的烧结动力学计算模型，分析了不同Zn/Zr比的镁铝硅微晶玻璃的烧结动力学，并计算出对应的烧结活化能。从收缩率曲线与烧结温度的关系中发现，烧结活化能随着Zn/Zr的增大先增大后减小。二者适量结合可以作为镁铝硅微晶玻璃的降烧剂及晶核剂。 最后，通过对Kissinger分析法和Ozawa分析法的原理介绍，对镁铝硅微晶玻璃的析晶动力学进行了分析，用两种不同方法计算出了该体系的析晶活化能，得出了一致的规律和误差小于4%的相近的值，说明了适量的掺杂可促进镁铝硅微晶玻璃的析晶和烧结过程。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 电子封装技术

1.2 电子封装材料

1.3.1 LTCC技术简介

1.3.2 LTCC材料

1.4.1 研究意义

1.4.2 选题依据

1.4.3 研究内容

第二章 镁铝硅微晶玻璃样品的制备及性能测试

2.1 镁铝硅微晶玻璃的原料

2.2 工艺流程与设备

2.3 样品性能的分析测试

第三章 镁铝硅微晶玻璃配方及掺杂改性的研究

3.1.1 样品制备

3.1.2 实验结果分析

3.1.3 小结

3.2.1 样品制备

3.2.2 实验结果分析

3.2.3 小结

3.3.1 样品制备

3.3.2 实验结果分析

3.3.3 小结

3.4.1 样品的制备

3.4.2 实验结果分析

3.4.3 小结

第四章 镁铝硅微晶玻璃烧结动力学的研究

4.1 烧结动力学模型

4.1.1基于Wang和Raj的恒定速率升温模型

4.1.2基于Arrhenious方程的升温恒定速率模型

4.1.3 Singh提出的恒定保温时间模型

4.2 烧结活化能的计算

4.3 本章小结

第五章 镁铝硅微晶玻璃析晶动力学的研究

5.1 析晶动力学介绍

5.1.1Kissinger法

5.1.2 Ozawa法

5.2 析晶动力学的计算及分析

5.2.1 不同Zn/Zr的样品的析晶活化能的计算

5.2.2 不同B2O3掺杂的样品的析晶活化能的计算

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果