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低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)的多芯片組件(MCM)具有組裝密度高、重量輕、體積小等特點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)電子裝備高性能和小型化的有效方法之一,在軍用電子、航天航空、無(wú)線通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。制約我國(guó)LTCC技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是LTCC材料,包括基板材料、導(dǎo)體漿料、內(nèi)埋元器件用材料等。其中與基板配套的導(dǎo)體漿料已經(jīng)成為亟待解決的關(guān)鍵性材料之一。論文針對(duì)軍用MCM應(yīng)用需求,以與Ca-B-Si生帶匹配燒結(jié)的Au導(dǎo)體漿料為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究功能相、玻璃相、有機(jī)載體對(duì)導(dǎo)體漿料絲網(wǎng)印刷性與匹配共燒性能的影響規(guī)律,指導(dǎo)金導(dǎo)體漿料的工程研制。
論文主要工作如下:
(1)借助流變儀研究了有機(jī)載體(增稠劑分子量、增稠劑含量、觸變劑種類、觸變劑含量)、功能相體積分?jǐn)?shù)(φ=13%、20%、46%)、功能相粒徑(D50=0.9μm、1.8μm、3.1μm)及形貌對(duì)漿料流變性能的影響。結(jié)果表明:樹(shù)脂分子量及觸變劑含量的增加可以在漿料保持低的高剪切粘度下提高低剪切粘度;固相體積分?jǐn)?shù)增大,漿料剪切粘度增加;當(dāng)固相體積分?jǐn)?shù)為13%時(shí),可以忽略功能相粒徑、形貌對(duì)漿料流變性能的影響,而用銀導(dǎo)體漿料模擬研究金導(dǎo)體漿料的流變性能,獲得了線分辨率為80μm左右的金導(dǎo)體漿料。
(2)借助表面輪廓儀、熱機(jī)械分析儀、掃描電鏡研究了功能相粒徑、粘結(jié)相組成及含量對(duì)漿料與生帶共燒后翹曲變形及厚膜導(dǎo)體與基板界面微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明:功能相粒徑較小時(shí),厚膜導(dǎo)體致密早,膜層與基板的界面處存在較多氣孔;功能相粒徑較大時(shí),厚膜導(dǎo)體燒結(jié)不致密;銀粉功能相粒徑為1.8μm時(shí),漿料與生帶的共燒匹配性更佳。燒結(jié)工藝下流動(dòng)性較好的粘結(jié)相,可以促進(jìn)厚膜導(dǎo)體燒結(jié)致密,且可以通過(guò)粘結(jié)相的移動(dòng)來(lái)降低內(nèi)應(yīng)力,調(diào)節(jié)共燒翹曲變形,但是厚膜導(dǎo)體致密早,在厚膜導(dǎo)體與基板的界面處留下大量氣孔。燒結(jié)工藝下流動(dòng)性較差的粘結(jié)相,其將在一定程度上阻礙固相致密化的進(jìn)行,可以為基板致密時(shí)氣體的排放提供較多的時(shí)間,但不能根據(jù)其位置變化調(diào)節(jié)共燒翹曲變形。
(3)研究了功能相粒徑、粘結(jié)相組成及含量對(duì)漿料與生帶共燒后厚膜導(dǎo)體表面微觀結(jié)構(gòu)及粗糙度的影響。結(jié)果表明:功能相粒徑對(duì)厚膜導(dǎo)體表面粘結(jié)相的分布無(wú)明顯影響,但是隨著功能相粒徑的減小,厚膜導(dǎo)體表面粗糙度下降。采用流動(dòng)性好的粘結(jié)相時(shí),燒結(jié)后的厚膜導(dǎo)體表面致密且存在較多的粘結(jié)相,粘結(jié)相以葉片狀凸起存在時(shí)會(huì)增大厚膜導(dǎo)體的表面粗糙度。粘結(jié)相含量增加,燒結(jié)后厚膜導(dǎo)體表面的粘結(jié)相增加。
(4)根據(jù)銀導(dǎo)體漿料的研究結(jié)果,優(yōu)選出了金粉功能相粒徑、有機(jī)載體配方、粘結(jié)相組成及含量,制備得到共燒匹配性能、絲焊性能良好的金導(dǎo)體漿料。
低溫共燒陶瓷基板技術(shù)(LTCC)是一種高密度集成封裝技術(shù),而其中的金導(dǎo)體漿料是制備高可靠性軍用電子元件的關(guān)鍵原材料之一,其成分及性能對(duì)燒結(jié)后厚膜的導(dǎo)電性能,焊接性能以及與基板的共燒匹配性有極大的影響.本文主要開(kāi)展金導(dǎo)體漿料功能相微米級(jí)金粉的制備,燒結(jié)行為及與陶瓷基板生帶的共燒匹配性研究,對(duì)促進(jìn)LTCC金導(dǎo)體漿料的研究和性能提升具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值.采用化學(xué)還原法制備微米級(jí)金粉,探究了還原劑種類,分散劑種類及用量,反應(yīng)體系pH值和溫度等反應(yīng)條件對(duì)金粉形貌及粒徑的影響規(guī)律.結(jié)果表明,還原劑的晶體結(jié)構(gòu)及對(duì)稱性影響金粉的形貌,金粉粒徑隨著分散劑用量的增大,反應(yīng)體系pH,溫度以及反應(yīng)體系添加速度的增大而減小.確定了金粉的較優(yōu)制備工藝,在金溶液濃度20g/L,抗壞血酸濃度40g/L,分散劑用量2:1,反應(yīng)pH值為4,反應(yīng)溫度50℃的條件下,制備得到平均粒徑在1.7μm,粒徑分布在0.8-5μm的球形金粉,比表面積為0.184m~2/g,振實(shí)密度4.76g/cm~3,松裝密度7.46g/cm~3,具有良好的流動(dòng)性.研究了金粉粒徑,玻璃粉軟化點(diǎn)及玻璃粉含量對(duì)金粉燒結(jié)行為的影響,發(fā)現(xiàn)金粉在300-400℃間即開(kāi)始燒結(jié),金粉粒徑越大,金粉的結(jié)晶程度越大,燒結(jié)活性越低,導(dǎo)致金粉燒結(jié)收縮起始溫度越大,燒結(jié)收縮速率減小.添加玻璃粉后,玻璃粉軟化點(diǎn)越高,金粉起始燒結(jié)收縮溫度越高.平均粒徑1.7μm的球形金粉
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