低溫共燒CaO-B2O3-SiO2系玻璃陶瓷基板材料的研究.pdf

1、CaO-B2O3-SiO2(CBS)系玻璃陶瓷以其低介電常數(shù)、低損耗等優(yōu)越的介電特性，能滿足高速、高密度封裝電路基片的發(fā)展需求，是一種理想的LTCC(低溫共燒陶瓷)材料，近年來受到廣泛的關(guān)注。
　　 本文系統(tǒng)研究了CBS系玻璃陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。針對目前純CBS玻璃陶瓷燒結(jié)溫度高達(dá)950℃，而且燒結(jié)溫度范圍窄的問題，首先通過加入TiO2、ZrO2來降低材料的燒結(jié)溫度，改善材料的微觀結(jié)構(gòu)與性能；然后研究了純CBS玻璃與CaB2O

2、4、第二相SG玻璃復(fù)合制備了性能優(yōu)良的低溫共燒陶瓷；最后探討了影響CBS系玻璃陶瓷生料帶收縮特性的主要因素及其它相關(guān)性能，為材料的實用化打下了基礎(chǔ)。
　　 在純CBS玻璃中添加CaB2O4，燒結(jié)溫度930℃，主晶相為CaB2O4和β-CaSiO3；10MHz相對介電常數(shù)6.9左右、介電損耗10-4數(shù)量級；熱膨脹系數(shù)(25～500℃)約為10.1×10-6℃-1，抗彎強度可達(dá)149MPa。在純CBS玻璃中添加TiO2、ZrO2，燒

3、結(jié)溫度明顯降低到840℃；主晶相為β-CaSiO3、CaB2O4和α-石英：10MHz的相對介電常數(shù)7.1左右、介電損耗10-3數(shù)量級；熱膨脹系數(shù)(25～500℃)為(9.8～10.2)×10-6℃-1；抗彎強度52～92MPa。
　　 CBS/SG兩相玻璃復(fù)合玻璃陶瓷燒結(jié)溫度降低至870℃，主晶相由β-CaSiO3、CaB2O4和α-石英構(gòu)成，晶粒尺寸約0.5μm，呈球形不規(guī)則粒狀均勻分布、微觀結(jié)構(gòu)致密。10MHz的相對介電常

4、數(shù)與介電損耗分別為6.2和4×10-4；10.84GHz的相對介電常數(shù)為6.07，介電損耗為1×10-3。采用DSC分析，利用Kissinger、Matusita方程，求得了CBS玻璃陶瓷的析晶活化能為367.03kJ·mol-1，析晶過程的Avrami指數(shù)n為3、m為3；玻璃的晶化過程是以整體析晶的方式進行的，晶核數(shù)量在不同的升溫速度過程下固定不變。
　　 CBS/SG玻璃陶瓷生料帶燒結(jié)后的基片表面光滑、平整、無翹曲：流延生料

5、帶與Cu、Ag漿料700℃和800℃共燒時，基板沒有發(fā)生翹曲變形，匹配良好。通過調(diào)節(jié)熱處理制度、固含量、粘結(jié)劑和成型壓力可以有效調(diào)整生料帶燒結(jié)收縮率的變化范圍，X、Y軸方向為14～18％，Z軸方向為2～21％。CBS/SG玻璃陶瓷(30wt％SG+70wt％CBS)熱膨脹系數(shù)(25～500℃)約為10.2×10-6℃-1，抗彎強度可達(dá)141MPa；基片10GHz的高頻插入損耗小于0.1dB/cm帶線，微波信號在匹配網(wǎng)絡(luò)中傳輸時損失的部分