鈣硼硅系高膨脹陶瓷復合材料的制備及性能研究.pdf

1、在高速發(fā)展的微電子技術推動下，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。在芯片二級封裝中，使用了多層陶瓷基板球柵陣列封裝技術(CBGA)，為了防止基板與印刷電路板(PCB)的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配而導致焊點失效，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)曲線線性度差的問題。經(jīng)查閱文獻，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來研究鋇硼硅玻璃陶瓷的性能，結果顯示，材料體系的CTE值曲線的線性度變好。在此基礎上，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。通過對不同配方組成進行實驗，研究該材料體系晶相含量、抗彎強度、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-方石英間會引起體積變化的相轉變減少，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，當為三斜晶系的針狀結構時，能夠極大地提升玻璃陶瓷抗彎強度，但由于該晶相的CTE值較小，約為6.5ppm/℃，會導致樣品總的CTE值減小。當CaO含量為40wt％時，鈣硼硅玻璃陶瓷可獲得高機械強度222.5MPa，CTE值達到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，熱膨脹系數(shù)提高至11.8

4、ppm/℃，并具備一定的抗彎強度150MPa，能夠滿足CBGA封裝的要求。同時也發(fā)現(xiàn)過量的CaO或SiO2都會惡化玻璃陶瓷的微觀結構，降低性能。
　　最后對鈣硼硅玻璃陶瓷進行了析晶動力學、燒結動力學及熱膨脹系數(shù)理論計算的深入研究，采用Kissinger法計算樣品析晶活化能E，Ozawa法計算析晶指數(shù)n，發(fā)現(xiàn)過量CaO使能量勢壘提高，樣品從表面結晶變?yōu)轶w析晶；燒結激活能的計算結果顯示，CaO增加會抑制石英及方石英析出，石英和方石英之