Al2O3-B2O3-SiO2+Al2O3系列玻璃陶瓷复合材料制备与性能研究

摘要

21世纪电子产业的影响渗透到人们生活的方方面面，电子产品在信息时代背景下日趋向小型化、集成化、数字化方向发展，这对承载元件的封装基板来说，也是一种挑战。玻璃/陶瓷类低温共烧陶瓷（LTCC）因其优异的低温烧结、低介电常数低损耗等特点吸引了广泛关注。本文以Al2O3-B2O3-SiO2+Al2O3玻璃/陶瓷为研究对象分为三个部分对材料进行实验。
　　首先，Al2O3-B2O3-SiO2玻璃作为基础玻璃，探究了玻璃中氧化铝的含量变化对复合材料性能的影响。结果表明，随着玻璃中Al2O3掺入量的增大，材料的介电常数、介电损耗、抗弯强度都增大。选定适中的Al2O3掺量，再在玻璃中进一步分别加入不同比例的LAB（Li-Al-B复合物）、CBS（CaO-B2O3-SiO2玻璃）、AST（各种硼硅酸盐玻璃的混合），结果表明适量的三种物质的加入都有助烧效果，促进液相烧结的进行，提升材料的致密性、介电性能与力学性能。其中LAB的改善作用相对较弱，CBS与AST对材料性能的提升作用较强。当LAB、CBS、AST在ABS玻璃中的含量分别为3wt％、4wt%、2wt%时，材料获得最佳性能。
　　其次，Al2O3作为基础陶瓷，研究了不同玻璃/陶瓷的比例对材料微观形貌、密度、介电性能及抗弯强度的影响。分析发现当ABS玻璃：Al2O3=50:50，烧结温度为850℃时，ABS玻璃与Al2O3陶瓷的界面过渡层最致密，降低介电损耗，提高抗弯强度。在这个比例之下，用石英砂替代氧化铝，探究替换比例对材料晶相、微观形貌、介电性能、抗弯强度的影响。结果显示，石英砂与ABS玻璃的化学兼容性较差，内部气孔率较大，随着替换比例的增大，材料的主晶相逐渐由Al2O3转变为SiO2，材料的致密性变差，介电常数与抗弯强度都降低，介电损耗先增加后减小。
　　最后，在ABS玻璃中加入BaO研究对材料致密度、介电性能、抗弯强度的影响。BaO的加入可以降低玻璃黏度，一定范围内促进液相烧结，对材料的致密度与抗弯强度有明显的提升作用，当BaO在玻璃中的掺量为2wt%时，抗弯强度达到最大，为166.83MPa。但是Ba2+离子的高离子极化率提高了材料的介电常数，高电极化率增大了材料的介电损耗。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 封装基板材料概述

1.2 LTCC基板概述

1.3 本论文的研究意义及内容

第二章 实验及性能测试方法

2.1 实验原料及设备

2.2 实验流程

2.3 样品性能测试方法

第三章 玻璃中Al2O3的含量及LAB、AST、CBS的加入对材料性能的影响

3.1 玻璃中Al2O3含量的改变对材料性能的影响

3.2 玻璃中加入LAB对材料性能的影响

3.3 玻璃中加入CBS对材料性能的影响

3.4 玻璃中加入AST对材料性能的影响

3.5 本章小结

第四章 陶瓷的比例及陶瓷填充物对材料性能的影响

4.1 陶瓷的比例对材料性能的影响

4.2 不同陶瓷填充物对材料性能的影响

4.3 本章小结

第五章 玻璃中掺入BaO对材料性能的影响

5.1 玻璃中掺入BaO对材料致密性的影响

5.2 玻璃中掺入BaO对材料晶相的影响

5.3 玻璃中掺入BaO对材料介电性能的影响

5.4 玻璃中掺入BaO对材料抗弯强度的影响

5.5 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果