基于低温共烧陶瓷技术的SIP工艺研究

系统集成封装技术(SIP)是将一个电子系统进行集成封装,而基于低温共烧陶瓷工艺(LTCC)的高密度基板技术是其中的关键。本文研究了收发(T/R)组件微波多层互连基板的制作工艺及其优化,基于LTCC工艺,制备出一种应用于X波段T/R组件的SIP基板,并着重对影响基板特性的信号孔和散热孔填充、通孔金属化、异质材料匹配工烧、内埋腔体技术和组装等关键技术进行了研究。获得了一套内埋置腔体LTCC多层互连基板的工艺参数,并已成功研制出满足T/R组件微波电路性能要求的LTCC多层互连基板。     

埋入式厚膜多层电容器的制备及其性能研究

以可低温共烧的高介电常数微波陶瓷材料BiNbO4（εr=43）和Bi2O3-ZnO-Nb2O5（BZN，εr=76）为介质材料，在Al2O3陶瓷（εr=9.8）基板上采用厚膜印刷的方法制备了埋入式多层电容器。利用HP4294A精密阻抗分析仪对其电学参数进行了测试和分析，并利用三维电磁场仿真软件HFSS对其电学特性进行了仿真和优化设计。实验研究表明，采用本材料体系制备的埋入式厚膜多层电容器可以获得相当大的单位电容Co（717．5～744．3pF／cm^2）：并且其电学特性相当稳定，基本不受基板和上层电路板的影响。基于本材料体系的埋入式厚膜多层电容器可望在移动通讯组件和微波集成器件等领域得到广泛的应用。     

多层压电陶瓷变压器的振动与疲劳

低温共烧多层压电陶瓷变压器具有体积小、转换效率高、升压比高、无电磁辐射等优点,是传统电磁变压器在小功率仪器设备上理想的替代品.采用Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(ZrTi)O_3低烧瓷料,通过干法流延多层叠印技术制备出高性能多层压电陶瓷变压器样品,内电极银钯浆配比7:3.利用Polytec300-F扫描激光测振仪测试了多层压电陶瓷变压器沿长度伸缩振动的位移和模态.通过对压电变压器振动性能和升压比的测试,研究了器件性能衰减及疲劳特性.     

CaF_2-AlF_3-SiO_2系低温共烧氧氟玻璃陶瓷性能

制备了CaF_2-AlF_3-SiO_2系低温共烧氧氟玻璃陶瓷材料,并且用X射线衍射仪、扫描电镜、阻抗分析仪等研究了该体系材料的烧结特性、显微结构、介电性能等特性.结果表明:该氧氟玻璃陶瓷材料可以在825 ℃烧结致密化,烧成后的样品具有低的介电常数(5.9)、低的介电损耗(<0.002)、较低的热膨胀系数(6.0×10~(-6) ℃~(-1))、足够的抗弯曲强度(150 MPa)以及较高的热导率(2 W/m·K),是一种很有应用前景的低温共烧陶瓷材料.     

Al2O3对低温共烧介电材料性能和微观结构的影响

以氧化物组分为主,经过750℃煅烧,成功制备了Ba-Ti-B-Si-O玻璃陶瓷,烧结温度为900℃左右的低温共烧陶瓷组合材料,其性能为1MHz时相对介电常数εr在10左右,介质损耗系数tanδ在2.0×10-3左右,基本满足作为低温共烧陶瓷材料的性能指标.与高温熔融法比较,直接煅烧法获得的LTCC烧结体中存在较多气孔,影响了烧结体的介电稳定性和烧结特性,为了使该LTCC粉体更具有实用价值,研究发现,2%～5%(质量分数)Al2O3的搀杂可以明显改善烧结体的微观结构,气孔基本消除,材料的体电阻率增大,使其介电性能稳定;但随着氧化铝含量超过10%(质量分数),烧结体致密度下降,介电性能变差.     

低温共烧(LTCC)BaO-Nd2O3-TiO2陶瓷研究

研究了BNT(BaO-Nd2o3-Tio2)陶瓷中添加BZB(B2o3.ZnO-Bi2o3)玻璃后对烧结温度以及介电性能的影响.经过测试玻璃一陶瓷混合体的微波介质性能,发现该玻璃能将烧结温度降低到900℃或者更低.这是由于低软化点的BZB玻璃和高熔点的BNT相互作用,使得BNT和BZB之间润湿良好.BNT-BZB在900℃下烧结,具有优良的介电性能,表现为介电常数ε约为75,损耗tanδ约为5%,温度系数TCC约为0.5%,绝缘电阻大于1011Ω.结果表明这种体系可以用来作为高频应用的低温共烧材料.     

埋入式厚膜多层电容器的制备及其性能研究

以可低温共烧的高介电常数微波陶瓷材料BiNbO4(ε r=43)和Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN,εr=76)为介质材料,在Al2O3陶瓷(εr=9.8)基板上采用厚膜印刷的方法制备了埋入式多层电容器.利用HP4294A精密阻抗分析仪对其电学参数进行了测试和分析,并利用三维电磁场仿真软件HFSS对其电学特性进行了仿真和优化设计.实验研究表明,采用本材料体系制备的埋入式厚膜多层电容器可以获得相当大的单位电容C0(717.5～744.3 pF/cm2);并且其电学特性相当稳定,基本不受基板和上层电路板的影响.基于本材料体系的埋入式厚膜多层电容器可望在移动通讯组件和微波集成器件等领域得到广泛的应用.     

金铂钯合金粉末的特性对低温共烧电子浆料性能的影响

以金铂钯粉末作为导电相的电子浆料由于其优异的可焊性、耐焊性与可靠性,成为低温共烧工艺配套用关键电子浆料之一。采用2种不同特性的金铂钯合金粉末调制出相应的浆料,比较研究了2种浆料与Ferro A6生瓷料带实施共烧后的匹配性、电学性能、可焊性与耐焊性、附着力等性能。结果表明,高密度、亚微米级球形粉制备的浆料具有更好的综合性能。     

多层压电陶瓷降压变压器的环境测试研究

电压增益、输出功率、效率是表征压电变压器(MPT)工作性能的3个重要参数。使用为华公司提供的径向振动型多层压电陶瓷降压变压器,测量其基本电学性能;温度对导纳圆等阻抗特性的影响;温度对其基本电学性能的影响等。综合研究降压变压器的环境温度稳定性。结果表明:压电变压器环境稳定性良好,但长时间剧烈的环境变化会对其使用性能产生一定影响,高温环境对其影响比较大。     

玻璃粉对低温共烧用通孔银浆性能的影响

通孔银浆实现了LTCC不同电路层间的电学导通和元件散热,是低温共烧陶瓷元件经常使用的一种浆料。通过研究浆料组分中玻璃粉的软化点、添加量对通孔银浆印刷填孔工艺、电学性能、匹配性以及基板可靠性的影响,制备出一款匹配Ferro A6瓷料使用的通孔银浆,并进一步揭示玻璃粉对浆料印刷填孔和与瓷料共烧影响的一些内在机理,对其他相关类型浆料和瓷料的研制和使用有一些指导意义。     

氮气氛下LTCC基板Cu共烧金属化研究

从PMMA型LTCC素坯膜的制备和PMMA的排胶机理两方面，研究了LTCC基板Cu共烧金属化。结果表明，采用PMMA作为粘结剂的流延浆料具有剪切变稀行为，所得的流延坯膜微观组织均匀，叠压后坯体内部无分层现象。热失重、差热和傅立叶红外光谱联用分析结果表明高纯N2气氛中PMMA以解聚机理热解，热解后释放的主要产物为丙烯酸甲酯。在高纯N2气氛中LTCC与Cu共烧后Cu金属化膜平整、致密，连通良好。经测试，基板表面Cu导体方阻小于5mΩ/□。     

LTCC水基流延生带材料的制备与叠层性能

利用硼硅酸盐玻璃和氧化铝陶瓷复合制备了相对介电常数为7～9的LTCC材料粉体,利用苯丙乳液作为粘结剂,甘油作为增塑剂,成功制备出了浆料固含量高、稳定性好的水基流延浆料; 该工艺制备的生带材料表面光滑,强度高,且容易在室温下叠层,经过850～900 ℃烧结,其相对体积密度最高可以达到96%以上;以上述LTCC生带为原材料,在室温条件下制备了烧结性能良好的叠层器件,具有很好的应用前景.     

磁控溅射制备NiO/Ni多层膜的结构和光电性能

利用反应磁控溅射和常规磁控溅射方法交替沉积了NiO/Ni纳米多层膜,研究了不同退火环境下多层膜的相结构、微观结构演化及光电性能。XRD和TEM结果表明,沉积态薄膜呈现明显的NiO和Ni交替多层结构;大气退火的NiO/Ni多层膜被氧化成沿(111)晶面择优生长的NiO薄膜;而真空退火的NiO/Ni薄膜仍然保持着明显的多层结构,各层膜的结晶程度提高。沉积态和真空退火态的NiO/Ni多层膜呈现低可见光透过率和低电阻率的特点,电阻率达到10-5?·cm数量级;大气退火的NiO/Ni多层膜呈现49.3%可见光平均透过率和高的电阻特性。     

传统工艺制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的性能控制

介绍了采用传统陶瓷制备工艺,为获得晶粒细小、组织致密、性能良好的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷,目前所采取的性能控制措施,即添加助烧剂、掺杂改性、添加第二组元、准同型相界的研究及调整n(Na)/n(K),来调整NKN陶瓷的性能。展望了NKN基无铅压电陶瓷的发展趋势。     

(KxNa1-x)NbO3基陶瓷的热稳定性研究

采用传统固溶反应法制备了(KxNa1?x)1-yLiyNb0.80Ta0.20O3 ( x=0.40–0.60 when y=0.030, 0.035, 0.040 ) 系列无铅压电陶瓷,研究了其压电性能的温度稳定性。实验得出在研究的组分范围内,陶瓷的压电常数d33可达到250 pC/N,kp到达50%。在高达约325oC的老化试验中发现,尽管在室温下存在多型相变的影响,但陶瓷的d33和kp值几乎一直保持不变。而且,陶瓷的kp值在-50癈到120癈这个很宽的温度范围内几乎不受温度影响,显示了很好的温度稳定性,笔者从两相共存的温度范围对陶瓷的热稳定性能进行了讨论。     

烧结温度对0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3压电陶瓷结构及电学性能的影响

采用传统固相烧结法制备了钠过量的0.9PbZr0.52Ti0.48O3-0.1NaNbO3(PZT-NN)压电陶瓷,研究了烧结温度对PZT-NN陶瓷晶体结构及其电学性能的影响。XRD结果表明,不同温度烧结的PZT-NN陶瓷均为单一钙钛矿结构,在1125~1150℃温区烧结时,陶瓷发生了由四方相向正交相的相变。随烧结温度进一步升高,压电常数d33、介电常数εr以及剩余极化强度Pr均呈递减趋势,烧结温度为1125℃的PZT-NN陶瓷具有较好的电学性能:d33=218pC/N,εr=851,tanδ=0.02。PZT-NN陶瓷的相对密度随烧结温度的升高而增大,在1150℃时达到95%,钠过量的NaNbO3加入使PZT陶瓷的致密化烧结温度降低了50~150℃。     

挤压成形制备多孔氮化硅陶瓷

以甲基纤维素作粘结剂配制氮化硅泥料,利用柱塞式挤压模具通过挤压成形法制备多孔氮化硅陶瓷.研究了挤压、干燥、排胶、烧结等各个工艺阶段坯体的开气孔率、体积密度、弯曲强度、显微结构及相转变等的变化规律.结果表明:挤压成形是制备多孔氮化硅陶瓷的一种有效而实用的方法.最后利用蜂窝陶瓷模具,首次成功挤出具有广泛应用前景的氮化硅蜂窝陶瓷.在未来的汽车尾气处理领域,有望取代当前广泛使用的堇青石材质蜂窝陶瓷.     

机械合金化法制备Ni—Zr非晶软磁合金粉末的研究

研究Ni基非晶软磁合金粉末在Ni—Zr二元相图上三个稳定化合物成分配方Ni7Zr2、Ni21Zr8、NiZr和两个共晶点Ni64Zr36、Ni36Zr64组分在机械合金化条件下的非晶合金形成能力和热稳定性。五种配方在一定的时间内都能形成非晶态合金;其中Ni64Zr36的过冷液相区间△Tx达到69．9K。用扫描电子显微镜（SEM）观察了不同球磨时间混合粉末的形貌,发现球磨时间对混合粉末的结构及颗粒形貌存在显著影响。随着球磨时间的增加,Ni、Zr颗粒都发生严重塑性变形,并且通过冷焊团聚起来,形成具有层状结构的复合颗粒。由于磨球的剧烈撞击,使得结构发生了严重的畸变,从而破坏了原有的有序结构而形成了无序结构。另外,在进一步的球磨过程中,合金的晶粒不断减小,形成高体积分数的晶界,而金属粉末不断的发生塑性变形,形成了点缺陷、位错等高密度缺陷,晶格发生严重的畸变,晶体自由能也相应不断上升,最后发生了非晶转变。磁性能测量表明合金粉末具有较好的软磁性能。     

离子对PVD法陶瓷涂层附着性的作用

介绍采用增加离化率、离子注入、离子照射作为辅助手段,改变界面组成与结构,以提高PVD法制备的陶瓷涂层(薄膜)附着性,并阐明了改善涂层附着性的机理。