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低温共烧陶瓷多层基板应具有的最重要的性能是,在兼顾其他性能的基础上,能做到低温烧成,其烧结温度必须能控制在850~950℃。CaO-B2O3-SiO2作为封装基板材料在国外研究得很少,国内CaO-B2O3-SiO2体系的研究更晚,这种材料采用Sol-gel法制备的尚未见报道。本实验的目的就是用Sol-gel法制备CBS材料,研究材料的制备工艺,确定工艺参数和最佳条件,研究CaO-B2O3-SiO2体系的各项性能,探索材料用于高温封装和低温共烧陶瓷领域的可能性;初步探索MgO-B2O3-SiO2作为介质材料的组成和制备工艺。
1.首次利用溶胶凝胶法制备了CaO-B2O3-SiO2材料,用TG-DSC、XRD、FTIR对粉体性能进行了分析,研究了水硅比、pH值、稀酸催化剂对溶胶胶凝时间的影响,并且确定了最佳合成工艺;
2.粉体制备后经过研磨,过筛,造粒,干压成型,烧结等过程合成了CaO-B2O3-SiO2材料,1000℃时材料主晶相为β-CaSiO3,含少量石英相;1050℃晶相发生变化主要是:α-CaSiO3,CaB2O4和SiO2;SEM显示晶相被玻璃相包裹,外加少量的气孔,晶粒分布均匀,晶粒大小为100~200nm;3号样品1000℃保温2小时的实验结果较好,其介电常数和介质损耗分别为5.022和0.0011,电阻率在1012cm·Ω以上。
3.加入ZnO有效降低了烧结温度,900℃左右就能实现烧结,达到低温共烧陶瓷(850-950℃)的要求;烧结助剂的加入促进了硅灰石析晶,并且增大了介电常数。
4.首次利用溶胶凝胶法合成并制备了MgO-B2O3-SiO2材料,并且初步探索了MgO-B2O3-SiO2材料的组成和制备工艺,并且用热重法、XRD、SEM对MBS材料进行了表征,测试了材料的烧结性与介电性能。
结果表明CBS材料是一种良好的低介高频材料,有希望用于LTCC和高温陶瓷封装领域。MBS材料具有良好的烧结性,有一定的介电性能,可否应用于电子封装领域还需进一步实验探索。