堇青石多層陶瓷坯片的疊層及共燒行為研究.pdf

1、隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，高頻技術(shù)的應(yīng)用在不斷涌現(xiàn)。在高頻通訊技術(shù)的帶動下，電子元器件及移動終端設(shè)備不斷地向著更加微型化、集成化、表面組裝化、多維化及多功能化等方向發(fā)展。選擇合適的介質(zhì)材料，并對器件進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)設(shè)計成為滿足這一發(fā)展趨勢的主要途徑，低溫共燒陶瓷技術(shù)便應(yīng)用而生。在低溫共燒陶瓷技術(shù)中，流延坯片的疊層和共燒是制造多層陶瓷器件和陶瓷封裝基板的關(guān)鍵步驟，其結(jié)果直接影響到器件的最終質(zhì)量。因此，疊層和共燒成為國內(nèi)外的研究熱點。
　　本文

2、首先在課題組已有成果的基礎(chǔ)上，對溶膠-凝膠法制備出的堇青石納米粉體進(jìn)行Bi2O3摻雜，并參照成熟的漿料配方，流延出具有一定強度和柔韌性良好的堇青石陶瓷坯片，研究了堇青石陶瓷坯片的性能。結(jié)果表明，堇青石陶瓷坯片可以在900℃的溫度下燒結(jié)，滿足低溫共燒陶瓷與低熔點金屬共燒的溫度要求。堇青石陶瓷坯片在900℃燒結(jié)后，主晶相為α-堇青石，具有良好的致密度（收縮率和密度分別為36.67％和2.358g/cm3），較低的介電常數(shù)(ε=3.4993;

3、2GHz)和介電損耗(tgδ=0.0063;2GHz)，滿足多層陶瓷器件和陶瓷封裝基板在高頻條件下的工作要求。
　　然后，以所制備出的堇青石陶瓷坯片為基體材料，分別采用粘合法和冷壓法對堇青石陶瓷坯片的疊層工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在室溫下，采用8％的PVA作為粘合劑，將堇青石陶瓷坯片在2MPa的壓力下保壓5min，可以實現(xiàn)10層堇青石陶瓷坯片的粘合法疊層;在室溫下，直接施加8MPa的壓力并保壓5min，可以實現(xiàn)10層堇青石陶瓷坯片

4、的冷壓法疊層。影響堇青石陶瓷坯片粘合法疊層的主要因素為粘合劑的濃度、疊層的壓力等，燒結(jié)溫度對堇青石陶瓷坯片的連接影響不大;影響堇青石陶瓷坯片冷壓法疊層的主要因素有疊層的壓力、保壓時間、坯片的層數(shù)等，其中保壓時間對堇青石陶瓷坯片的疊層影響不大，燒結(jié)溫度對疊層試樣燒結(jié)后的致密度會產(chǎn)生影響。粘合法疊層的優(yōu)點是可以在較低的溫度和壓力下對堇青石陶瓷坯片進(jìn)行疊層，避免了壓力的不均衡造成疊層坯片的偏移以及在疊層時產(chǎn)生的物質(zhì)流動，能夠減少試樣的變形程度

5、，比較適合于制造精細(xì)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的疊層器件。但需要保證堇青石陶瓷坯片具有一定的氣孔率，同時應(yīng)嚴(yán)格控制PVA的濃度，使其適合疊層的需要。粘合法不適合較多層數(shù)坯片的疊層，如果坯片的層數(shù)太多，不利于疊層精度的控制。采用冷壓法疊層時，可以在室溫下實現(xiàn)對堇青石陶瓷坯片的疊層，與采用PVA粘合的疊層方法相比，不需要保證堇青石陶瓷坯片有一定的氣孔率。該疊層方法工藝簡單，可以實現(xiàn)較多層數(shù)坯片的疊層，但由于疊層時有壓力的存在，如果施加的壓力不均衡，試樣燒結(jié)

6、后容易產(chǎn)生變形。粘合法疊層主要是靠堇青石陶瓷坯片中的粘合物質(zhì)在燒結(jié)的過程中融化并產(chǎn)生毛細(xì)管力，使坯片結(jié)合在一起，而冷壓法疊層則主要與堇青石陶瓷坯片良好的彈塑性、在一定壓力下堇青石陶瓷顆粒的重排及液化的玻璃成分的粘滯性流動等有關(guān)。
　　接下來，對堇青石陶瓷坯片與Ag-Pd導(dǎo)電金屬的共燒行為進(jìn)行了研究。Ag-Pd導(dǎo)電金屬在不同的燒結(jié)溫度下，呈現(xiàn)出不同的表面形貌。在900℃的燒結(jié)溫度下，其形貌最好:Ag-Pd顆粒較小，呈現(xiàn)出圓球狀，且顆

7、粒分布均勻，顆粒間的孔隙較小，對堇青石陶瓷坯片的覆蓋較為致密。在此溫度下，堇青石陶瓷坯片與Ag-Pd導(dǎo)電金屬具有較好的共燒兼容性，共燒界面區(qū)域比較致密，沒有氣孔和裂紋等缺陷的產(chǎn)生，且各元素的分布比較均勻，沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，能夠保證堇青石陶瓷坯片在高頻片式元器件及陶瓷封裝基板等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　最后，針對疊層和共燒試樣在燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生變形的問題，提出了一種壓力輔助解決方案:采用Al2O3粉末對試樣進(jìn)行覆蓋，在覆蓋后的試樣上放置壓