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

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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。
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