LTCC生瓷带成型与低温烧结特性研究毕业论文
2022-01-31 21:52:59
论文总字数：15907字
摘 要
随着封装技术的不断完善，现代电子设备正式走进了小型化，多功能的时代。为了更好的契合这一大环境，低温共烧陶瓷(LTCC)应运而生，它以其高度集成化，高可靠性，低成本等优势成为了当今封装技术中必不可少的一部分。
本文主要讲述了LTCC的历史，概念，技术特点，研究现状，发展趋势和流延法制备CBS玻璃陶瓷过程中，浆料溶剂的选取以及不同成型压力与烧成温度对于CBS基片性能的影响。
选用以二甲苯：乙醇：异丙醇10wt%:20wt%:70wt%为恒定配比的有机混合物作为溶剂，此时相同剪切速率下，剪切应力总是最小，对粉料的分散性、润湿性能以及悬浮性能均为最佳。成型压力在30MPa时，CBS基片的介电性能最佳，介电常数为6.3，介电损耗为0.5×10-3，并趋于稳定。成型压力为40MPa时，受力方向上的收缩率从20%降到了4%左右，其他两个方向上也有下降趋势，但不是很明显烧成温度为830 ℃时，CBS基片的介电性能最佳，介电常数为5.9，介质损耗为2.2×10-3，此时的密度为2.45g/cm3，收缩率13.6%。
关键词：流延成型 低温共烧 成型压力 烧成温度
Study on forming and low temperature Sintering characteristics of LTCC Raw porcelain Belt
Abstract
With the continuous improvement of packaging technology, modern electronic equipment has entered the era of miniaturization and multifunction. Low-temperature co-fired ceramic(LTCC) emerges as the times require in order to better fit this environment. It has become an indispensable part of today's packaging technology with its advantages of high integration, high reliability and low cost.
This paper mainly describes the history, concept, technical characteristics, research status, development trend and the influence of slurry solvent selection and different molding pressure and sintering temperature on the properties of CBS substrate in the process of preparing CBS glass ceramics by casting method.
The organic mixture with a constant ratio of xylene: ethanol: isopropanol 10wt%:20wt%:70wt% was chosen as solvent. At the same shear rate, the shear stress was always the smallest, and the dispersity, wettability and suspension property of the powder were the best.When the forming pressure is at 30MPa, the dielectric properties of the substrate are the best, the dielectric constant is 6.3, the dielectric loss is 0.5×10-3, and the substrate is stable. When the forming pressure is 40MPa, the shrinkage in the direction of force decreases from 20% to about 4%, and the other two directions have a downward trend, but it is not very obvious.When the sintering temperature is 830℃, the dielectric properties of CBS substrate are the best, the dielectric constant is 5.9, the dielectric loss is 2.2×10-3, the density is 2.45g/cm3 and the shrinkage is 13.6g/cm3.
Key Words: Tape casting; Low temperature co-fired; molding pressure; sintering temperature
目 录
摘 要.............................................................................................................................I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2 低温共烧陶瓷技术简介及技术特点 2
1.2.1 低温共烧陶瓷简介 2
1.2.2 低温共烧陶瓷技术特点 2
1.2.3低温共烧陶瓷技术发展状况 4
1.3流延成型 4
1.4烧结工艺 4
1.5LTCC材料未来的发展趋势 5
第二章 实验研究方法 5
2.1 主要原料与试剂 6
2.2 主要仪器和实验设备 6
2.3实验过程 7
2.3.1 CBS玻璃粉料的制备 7
2.3.2流延制备CBS生料带 8
2.4测试与分析方法 9
2.4.1吸水率和体密度测试 9
2.4.2介电性能测试 9
2.4.3收缩率测试 10
第三章 LTCC流延浆料的制备 10
3.1 玻璃粉料的处理 11
3.2溶剂的选择 11
3.3本章小结 13
第四章 CBS基片低温烧结性能研究 14
4.1成型压力对CBS基片的影响 14
4.1.1成型压力对收缩率的影响 14
4.1.2成型压力对介电性能的影响 16
4.2烧成温度对CBS基片的影响 17
4.2.1烧成温度对CBS基片密度和收缩率的影响 17
4.2.2烧成温度对介电性能的影响 18
4.3本章小结 19
第五章 结论 20
参考文献 21
致 谢 23
第一章 绪论
1.1引言
随着科学技术日新月异的不断更新与发展，人们对各类产品的性能要求也越来越高，尤其体现在电子产品中。前不久华为、高通两大巨头纷纷表示要将5G网络带入社会，让人们通信更加方便快捷。事实上，人们现在的生活已经离不开网络，离不开通讯设备，离不开电子产品了，也正是这些产品让大家的生活更加便捷与丰富多彩。既然产品的高频化，高集成化，多功能化已经是大势所趋，那么相应的封装技术研发肯定也是迫在眉睫，以满足人们不断增长的需求。为了制备封装尺寸更小，电路组装密度更高，系统稳定性更好的微波电路元器件，高度集成化与模块技术显得尤为重要。而近几年出现的低温共烧陶瓷技术填补了这一空缺，多用于制备多层电路基板[1-2]。它以其优良的电学，热学等性能在多芯片封装，球栅阵列封装、芯片级封装等封装技术中得到广泛应用。无论是航空航天，导弹的研制，汽车电子电路的研发，还是近到关系到每个人的手机芯片，蓝牙模块的制作，LTCC都显示出其在封装技术领域中无法替代的重要性。
流延成型工艺拥有者悠久的历史，起初用于造纸、塑料和油漆工业，在二战期间开始用于制备陶瓷材料，以此技术治来的电容器性能优良，云母渐渐被这种工艺制备得来的电介质材料所代替。越来越多的人开始关注这项技术，这使得针对流延成型工艺的应用研究在近年来取得来相当大的进展。作为当代必不可少的一种成型方法，流延成型工艺已经在电子，能源等多个方向中大放异彩，主要用于陶瓷薄板的制备或是多层电容器的生产[3-4]。流延成型操作简单，大多数工艺流程都可自动化进行，既节省了人力又节省生产时间，效率很高，拥有广阔的前景，为材料性能的优化开辟了另一条道路。
1.2 LTCC概述及技术特点
1.2.1 LTCC概述
低温共烧陶瓷作为一种新型材料技术是在1982年美国Hughes公司研发出来的，起初用于军工，后来欧洲、日本等厂商将其引入民用市场[5]。LTCC主要的工艺流程包括原料混合、流延片的制备和打孔、通孔及填充、印刷电导层、静压、热切、烧结和检测等工序[6-7]。根据原料的成分或组分的不同，可制备出介电常数、损耗因子等特性不同的基板。切片过程中，剔除流延效果不好的薄片，切割好的每一片就是以后多层基板中的一层。通孔一般有激光冲孔和机械冲孔两种。机械冲孔靠冲针冲击形成孔径，孔径相对精确但是成孔速度慢，耗材昂贵。激光冲孔速度快，耗材少，但精确度不如机械冲孔。通孔完毕后将填充剂填入通孔中，作为连接两层之间的通路。然后使用丝网印刷，将导电材料印刷在陶瓷片上，接着进行依次叠片。将叠片后的生瓷片用高压使之粘结牢固，多用液体等静压或是机械轴压。最后进行切割烧结，切割可使用金刚刀切割或是激光切割。LTCC技术相比于厚膜技术减少了印刷步骤，采用导体印刷，精度更高。单次烧结，共烧步骤更少，而且可以很好的控制介质材料厚度，对层数没有限制。对于HTCC技术来说，LTCC采用高电导率的金属（金、银等），烧结温度也低，小于1000℃，降低不少成本。所以LTCC无疑是结合了两者的优点，成为人们对于成型技术的首选之一。
1.2.2 LTCC技术特点
与其它多层基板技术相比，LTCC技术不仅成本相对较低，集成封装性能更好，而且电路板层数更多，层间距更小，电路设计灵活，拥有良好的高频特性和高速传输特性。
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