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陶瓷电路基板材料的性能研究

日期: 2018-09-14
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随着科技的发展,印刷电路板已成为不可或缺的电子部件,目前印刷电路板已改称为电子基板。传统无机基板以Al2O3、SiC、BeO 和AlN等为基材,这些材料在热导率、抗弯强度以及热膨胀系数方面有良好的性能,现广泛应用于MCM电路基板行业。这次研究的电路基板材料是以微米Al2O3 和CaZrO3 为主要原料,采用硅碳棒电阻炉烧结制备而成,进而探究其相对密度、介电常数以及介电损耗性能。

陶瓷电路基板材料的性能研究


相对密度分析


陶瓷电路基板材料的性能研究

上图是添加不同量微米Al2O3 和纳米CaZrO3粉后对氧化铝陶瓷集成电路基板材料相对密度的影响。由图可知随着温度的升高,其基板材料的相对密度随着升高,温度达到1100 ℃达到最大值。当微米Al2O3 的添加量为60 wt%,纳米ZrO2 的添加量为10 wt% 时,氧化铝陶瓷集成电路基板材料的相对密度相对其它配方最大,此时样品较致密,有利于氧化铝陶瓷集成电路基板材料力学性能的提高


介电常数分析


陶瓷电路基板材料的性能研究

上图是基板材料的介电常数随烧结温度变化曲线。可看出随着温度升高,其介电常数随之升高。当温度达到1100 ℃时,介电常数达到最大值。当微米Al2O3 添加量从50 wt% 变化至65 wt%,纳米CaZrO3 添加量从20 wt% 变化至5 wt% 时,氧化铝集成电路基板材料的介电常数呈先增加后减少的趋势。当微米Al2O3 含量为60 wt%,纳米CaZrO3 含量为10 wt% 的时候,所制备的样品性能最佳。这是因为影响介电常数的因素是多方面的,只要涉及配方组成中化学组成,当碱金属离子氧化物的含量越多,其介电常数越大。另外,温度升高过程中各离子和偶极子的热运动会随着加强,最终导致介电常数增加。


介质损耗分析


陶瓷电路基板材料的性能研究

上图是基板材料的介质损耗随烧结温度变化曲线。可得到随着温度的升高,介质损耗逐渐下降。当微米Al2O3 在50 wt% 至65 wt% 之间变化,纳米CaZrO3在20 wt% 至5 wt% 之间变化时,介质损耗先减少后增加,当微米Al2O3 添加量为60 wt%,纳米CaZrO3 添加量为10 wt%,且当烧结温度为1100 ℃时,烧结后样品的介质损耗值最小。


物质的介质损耗是由物质内部电子、离子漏导损耗以及空间电荷极化所引起,因而物质的体积电阻率越小,其介质损耗越大。样品中CaZrO3的存在,使得二价Ca离子以及四价Zr离子对其他低价位的离子产生压抑效应,使得样品的介质损耗增加,而Na2O 和K2O 的存在,使得K离子和Na离子由于双碱效应的作用,使得网络结合紧密,从而样品的介质损耗较小。



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