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氮化铝基复合基板材料的低温烧结及其性能研究

张文娟  
【摘要】:氮化铝是一种新型的电子陶瓷材料,因其综合性能良好而被认为是集成电路和电子封装基板最理想的材料。然而,AlN为强共价键结合,熔点高、自扩散系数小,从而导致其烧结成本高,限制了氮化铝陶瓷在工业生产的应用。 本文以AlN为主要原料,设计了CaSiO_3、CaO-B_2O_3-ZnO-SiO_2(CBZS)玻璃和B_2O_3-MgO-SiO2-ZrO_2(BMSZ)玻璃三个系列的低温烧结材料,并添加量了适量的稀土类烧结助剂Y_2O_3,采用常压烧结方法,在不同温度下获得致密结构的氮化铝基复合材料。系统分析了烧结助剂对AlN陶瓷烧结性能、热学性能、介电性能以及力学性能的影响规律。 (1)系统研究了CaSiO_3单一添加和CaSiO_3-Y_2O_3复合添加对氮化铝陶瓷的低温烧结。相比于仅添加单一助剂CaSiO_3,Y_2O_3加入能够利用助剂的相互协同作用使氮化铝陶瓷在1625℃达到致密化烧结,热导率最高可达到72.57W/(m·K)。 (2)以BMSZ玻璃为添加剂,制备了BMSZ/AlN玻璃-陶瓷复合基板材料,研究了玻璃添加量的变化对复合材料低温烧结的影响规律。当BMSZ玻璃含量为70wt%时,825℃常压烧结得到致密结构的BMSZ/AlN玻璃-陶瓷,具有较低的相对介电常数和介电损耗,是一种良好的低温共烧陶瓷。 (3)以CBZS玻璃为添加剂,制备了CBZS/AlN玻璃-陶瓷复合基板材料。研究了玻璃软化点和含量对复合材料烧结的影响机理。当CBZS玻璃含量为65wt%时,750℃常压烧结得到致密结构的CBZS/AlN玻璃-陶瓷,热导率为5.31W/(m·K),介电常数为7.45,介电损耗为0.86×10~(-3),抗弯强度为209.04MPa。 (4)为了提高氮化铝基陶瓷的热导率,研究了CaSiO_3-CBZS复合添加对AlN陶瓷的低温烧结。固定CaSiO_3的添加量为2wt%,当CBZS玻璃的添加量为4wt%时,1625℃常压烧结后得到致密结构的氮化铝基陶瓷,热导率为68.68W/(m·K)。


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