《先進陶瓷材料及進展》第6章低介裝置陶瓷

1、第六章第六章 低介裝置陶瓷低介裝置陶瓷 6-1 6-1 低介裝置瓷的基本知識低介裝置瓷的基本知識 用于電子技術、微電子技術和光用于電子技術、微電子技術和光電子技術中起絕緣、支撐、保護作用電子技術中起絕緣、支撐、保護作用的陶瓷裝置零件、陶瓷基片以及多層的陶瓷裝置零件、陶瓷基片以及多層陶瓷封裝等的瓷料。陶瓷封裝等的瓷料。 例如：高頻絕緣子骨架、電子管底例如：高頻絕緣子骨架、電子管底座、電阻器基片、厚薄膜混合集成電座、電阻器基片、厚薄膜混合集成電路基片、微波集成電路基片等。路基片、微波集成電路基片等。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎陶瓷基片陶瓷基片陶瓷封裝陶瓷封裝電子

2、用陶瓷零件電子用陶瓷零件 6-1 6-1 低介裝置瓷的基本知識低介裝置瓷的基本知識第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 ：a、介電系數(shù)低，、介電系數(shù)低， 10 b、介電損耗小，、介電損耗小，tg 為為210-4910-6 c、抗電強度高，、抗電強度高，10kv/mm d、絕緣電阻高，、絕緣電阻高，1012(20)2. 機械性能：機械性能：a、抗彎強度（、抗彎強度（45600）MPa b、抗拉強度（、抗拉強度（4002000）MPa6. 熱性能：熱性能：a、線熱膨脹系數(shù)小、線熱膨脹系數(shù)小 b、熱導率高、熱導率高 c、耐熱沖擊、熱穩(wěn)定性好、耐熱沖擊、熱穩(wěn)定性好6-1 6

3、-1 低介裝置瓷的基本知識低介裝置瓷的基本知識第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎6-2 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷 6-2-1 滑石瓷滑石瓷 6-2-2 氧化鋁瓷氧化鋁瓷 6-6-6 高熱導率陶瓷基片高熱導率陶瓷基片 6-2-4 透明陶瓷透明陶瓷第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷 1 1、滑石的結(jié)構(gòu)、滑石的結(jié)構(gòu) 滑石瓷分子式：滑石瓷分子式：6MgO4SiO2H2O 滑石礦為層狀結(jié)構(gòu)的鎂硅酸鹽，屬滑石礦為層狀結(jié)構(gòu)的鎂硅酸鹽，屬單斜晶系，單斜晶系，SiO4四面體聯(lián)結(jié)成連四面體聯(lián)結(jié)成連續(xù)的六方

4、平面網(wǎng)，續(xù)的六方平面網(wǎng)，活性氧離子朝向活性氧離子朝向一邊，每兩個六方網(wǎng)狀層的活性氧一邊，每兩個六方網(wǎng)狀層的活性氧離子彼此相對，通過一層水鎂氧層離子彼此相對，通過一層水鎂氧層聯(lián)結(jié)成復合層。聯(lián)結(jié)成復合層。復合層復合層共價鍵共價鍵離子鍵離子鍵分子鍵分子鍵第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷2、滑石的相、滑石的相變變120200，脫去吸附水，脫去吸附水1000，脫去結(jié)構(gòu)水，轉(zhuǎn)變?yōu)槠杷徭V，脫去結(jié)構(gòu)水，轉(zhuǎn)變?yōu)槠杷徭VOHSiOSiOMgOOHSiOMgO22222)(3431557，再次失去，再次失去Si，生成鎂橄欖石，生成鎂橄欖石222

5、2)(2SiOSiOMgOSiOMgO第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷232)(SiOMgSiOMgO2700212002SiOMgOSiOMgOSiOMgOCC 呈單鏈狀輝石結(jié)構(gòu)，它有三種晶型：呈單鏈狀輝石結(jié)構(gòu)，它有三種晶型：頑輝石頑輝石原頑輝石原頑輝石 斜頑輝石斜頑輝石單單斜斜斜斜方方（正正交交）低低溫溫穩(wěn)穩(wěn)定定相相（斜斜頑頑灰灰石石）高高溫溫穩(wěn)穩(wěn)定定相相（原原頑頑輝輝石石同同質(zhì)質(zhì)異異構(gòu)構(gòu)緩緩變變（室室溫溫）偏硅酸鎂偏硅酸鎂原頑輝石是滑石瓷的主晶相，有少量斜頑輝石原頑輝石是滑石瓷的主晶相，有少量斜頑輝石第第6 6章章 I

6、nternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷3、滑石瓷存在的問題及解決方案、滑石瓷存在的問題及解決方案(1) 老化老化(2) 開裂開裂(3) 燒結(jié)溫區(qū)過窄燒結(jié)溫區(qū)過窄第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(1) 老化（粉化）老化（粉化）:l 老化原因：老化原因：l 防老化措施：防老化措施： a. 用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相變用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相變 b. 抑制晶粒生長抑制晶粒生長 c. 去除游離石英去除游離石英老化老化微裂紋、白斑微裂紋、白斑內(nèi)應力內(nèi)應力體積體積密度密度斜頑輝

7、石斜頑輝石原頑輝石原頑輝石第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(2) 開裂開裂l 開裂原因：開裂原因：l 防開裂措施：防開裂措施： a. 16001650高溫高溫預燒預燒 b. 熱壓鑄成型熱壓鑄成型成 成型 型過 過程 程中 中的 的定 定向 向排 排列 列外 外因 因各 各向 向異 異性 性層 層狀 狀結(jié) 結(jié)構(gòu) 構(gòu)內(nèi) 內(nèi)因 因) () (晶 晶粒 粒結(jié) 結(jié)構(gòu) 構(gòu)定 定向 向排 排列 列密 密度 度各 各向 向異 異性 性收 收縮 縮各 各向 向異 異性 性第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2

8、 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(3) 燒結(jié)溫區(qū)過窄燒結(jié)溫區(qū)過窄 MgO-Al2O6-SiO2系統(tǒng)的最低共熔點為系統(tǒng)的最低共熔點為1665，其組成為其組成為MgO(20%)、Al2O6(18.6%)、SiO2(61.4%)，與滑石瓷的組成非常接近，故滑石瓷在與滑石瓷的組成非常接近，故滑石瓷在1650左右開左右開始出現(xiàn)液相，并隨溫度的升高，液相數(shù)量急劇增加，始出現(xiàn)液相，并隨溫度的升高，液相數(shù)量急劇增加，使胚體軟化、變形、甚至報廢。使胚體軟化、變形、甚至報廢。 由于粉料經(jīng)高溫預燒后活性下降，燒結(jié)溫度過低由于粉料經(jīng)高溫預燒后活性下降，燒結(jié)溫度過低會出現(xiàn)生燒。因此滑石瓷的燒結(jié)溫區(qū)一般為會出現(xiàn)生燒。因此滑

9、石瓷的燒結(jié)溫區(qū)一般為1020。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷擴大燒結(jié)溫區(qū)的措施：擴大燒結(jié)溫區(qū)的措施：l 擴展下限：擴展下限：a)、提高粉料的活性：粉料細化，降低預燒、提高粉料的活性：粉料細化，降低預燒溫度或采用一次配料成瓷；溫度或采用一次配料成瓷； b)、加入助熔劑、加入助熔劑BaCO6：在：在800950出現(xiàn)出現(xiàn)Ba-Al-Si玻璃，包裹偏硅酸鎂晶粒促進燒玻璃，包裹偏硅酸鎂晶粒促進燒結(jié)；結(jié)；l 擴展上限：擴展上限：a)、提高玻璃相黏度：、提高玻璃相黏度：b)、加入阻制劑、加入阻制劑ZrO2、ZnO，使，使Mg-Al-Si

10、液相黏度大，胚體不易變形。液相黏度大，胚體不易變形。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷4、滑石瓷的用途、滑石瓷的用途滑石瓷便宜，但熱穩(wěn)定性差，主要用于制造滑石瓷便宜，但熱穩(wěn)定性差，主要用于制造:l 絕緣子絕緣子l 線圈骨架線圈骨架l 波段開關波段開關l 管座管座l 電阻基體電阻基體第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷5、其他滑石類瓷簡介、其他滑石類瓷簡介(1) 鎂橄欖石瓷（鎂橄欖石瓷（MgOSiO2）(2) 堇青石瓷（堇青石瓷（ 2MgO2Al2O65SiO2

11、）第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(1) 鎂橄欖石鎂橄欖石a、鎂橄欖石瓷在高溫、高頻下介電性能優(yōu)、鎂橄欖石瓷在高溫、高頻下介電性能優(yōu)于滑石瓷；于滑石瓷；b、高溫下，絕緣電阻高；、高溫下，絕緣電阻高；c、熱膨脹系數(shù)與、熱膨脹系數(shù)與Ti-Ag-Cu 或或Ti-Ni合金相匹合金相匹配，有利于真空封接；配，有利于真空封接；d、可作金屬膜電阻，碳膜電阻和繞線電阻、可作金屬膜電阻，碳膜電阻和繞線電阻的基體以及的基體以及IC基片；基片；e、線膨脹系數(shù)大，抗熱沖擊性能差；、線膨脹系數(shù)大，抗熱沖擊性能差；第第6 6章章 InternetInt

12、ernet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(2) 堇青石瓷堇青石瓷a、線膨脹系數(shù)小，室溫到、線膨脹系數(shù)小，室溫到800：0.91.410-6/，陶，陶瓷材料中最小。瓷材料中最小。b、燒成溫度范圍很窄（幾度）。、燒成溫度范圍很窄（幾度）。c、材料中離子排列不夠緊密，晶格內(nèi)存在大的空隙，很、材料中離子排列不夠緊密，晶格內(nèi)存在大的空隙，很難燒結(jié)。難燒結(jié)。d、機電性能差。、機電性能差。改進措施改進措施: i. 超細粉料超細粉料1m；ii. 加入礦化劑（長石、加入礦化劑（長石、LiF、B2O6、BaCO6等）；等）；iii. 制成多孔陶瓷；制成多孔陶瓷；iiii. 制制成低熱膨脹、

13、高機械強度的陶瓷材料（摻加剛玉）。成低熱膨脹、高機械強度的陶瓷材料（摻加剛玉）。 堇青石是一種堇青石是一種硅酸鹽硅酸鹽礦物礦物，它可呈無色，但通常，它可呈無色，但通常具有淺藍或淺紫色，具有淺藍或淺紫色，玻璃光澤玻璃光澤。堇青石還具有一個。堇青石還具有一個特點，它們會在不同的方向上發(fā)出不同顏色的光線，特點，它們會在不同的方向上發(fā)出不同顏色的光線，這叫這叫多色性多色性。品優(yōu)色美的堇青石被當作寶石，除此。品優(yōu)色美的堇青石被當作寶石，除此以外，堇青石沒有什么以外，堇青石沒有什么工業(yè)工業(yè)上的用途。堇青石產(chǎn)于上的用途。堇青石產(chǎn)于片巖片巖、片麻巖及蝕變火成巖中。人們因此也稱堇青、片麻巖及蝕變火成巖中。人們因

14、此也稱堇青石為石為二色石二色石。人工可以合成鎂堇青石，用于。人工可以合成鎂堇青石，用于耐火材耐火材料料。 堇青石的顏色近似堇青石的顏色近似藍寶石藍寶石，所以又稱之為水藍，所以又稱之為水藍寶石（寶石（water sapphire）。）。1.1.鐵堇青石鐵堇青石 : : 堇青石中的兩個主要成份鎂和堇青石中的兩個主要成份鎂和鐵鐵可以做同可以做同像替代，當鐵元素含量大于鎂元素稱之為鐵堇青石。像替代，當鐵元素含量大于鎂元素稱之為鐵堇青石。2.2.堇青石堇青石 : : 即即鎂鎂含量高于鐵含量時稱為堇青石，較出名含量高于鐵含量時稱為堇青石，較出名的是產(chǎn)于印度的富鎂品種，常被用來做成寶石又稱為的是產(chǎn)于印度的富

15、鎂品種，常被用來做成寶石又稱為印度石。印度石。3.3.血點堇青石血點堇青石 : : 主要產(chǎn)地在主要產(chǎn)地在斯里蘭卡斯里蘭卡，主要特征為其內(nèi)，主要特征為其內(nèi)部的部的氧化鐵氧化鐵澡片含量豐富且呈現(xiàn)特定方向排列使得堇澡片含量豐富且呈現(xiàn)特定方向排列使得堇青石帶有色帶時被稱為血點堇青石。青石帶有色帶時被稱為血點堇青石。 堇青石的主要產(chǎn)地為巴西，印度，斯里蘭卡，緬甸，堇青石的主要產(chǎn)地為巴西，印度，斯里蘭卡，緬甸，馬達加斯加，馬達加斯加，中國中國臺灣的臺灣的蘭嶼蘭嶼也有少量的發(fā)現(xiàn)。也有少量的發(fā)現(xiàn)。 堇青石的分類堇青石的分類堇青石的顏色有藍色，淺藍堇青石的顏色有藍色，淺藍色，淺紫色，淺黃色，及淡色，淺紫色，淺黃

16、色，及淡褐色，說到顏色就不得不提褐色，說到顏色就不得不提一下堇青石最重要的一項特一下堇青石最重要的一項特征也就是它的二色性，這也征也就是它的二色性，這也是大家用肉眼來區(qū)分堇青石是大家用肉眼來區(qū)分堇青石與藍寶石的最大不同點。與藍寶石的最大不同點。 第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷 1、氧化鋁瓷的分類、性能與用途氧化鋁瓷的分類、性能與用途2、氧化鋁瓷原料氧化鋁瓷原料的制備的制備3、降低燒結(jié)溫度、改進工藝性能降低燒結(jié)溫度、改進工藝性能的措施的措施第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置

17、瓷典型低介裝置瓷1、氧化鋁瓷、氧化鋁瓷的分類、性能與用途的分類、性能與用途l 以以Al2O6為主要原料，為主要原料，-Al2O6為主晶相的陶瓷稱為主晶相的陶瓷稱為氧化鋁瓷。為氧化鋁瓷。l 根據(jù)氧化鋁瓷的含量，將氧化鋁瓷分為莫來石根據(jù)氧化鋁瓷的含量，將氧化鋁瓷分為莫來石瓷、剛玉瓷、剛玉-莫來石瓷、剛玉瓷，含莫來石瓷、剛玉瓷，含Al2O675%以上以上的稱為高鋁瓷。的稱為高鋁瓷。l 根據(jù)氧化鋁瓷的顏色和透光性能，可分為白色根據(jù)氧化鋁瓷的顏色和透光性能，可分為白色Al2O6瓷、黑色瓷、黑色Al2O6瓷、透明瓷、透明Al2O6瓷。瓷。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6

18、-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷瓷料類別瓷料類別Al2O6含量含量相組成相組成結(jié)晶相結(jié)晶相玻璃相玻璃相莫來石瓷莫來石瓷45708590%莫來石莫來石1015%剛玉莫來石瓷剛玉莫來石瓷70908090%莫來石莫來石和剛玉和剛玉1020%剛玉瓷剛玉瓷9099.580100%剛玉剛玉1020%或以下或以下氧化鋁陶瓷按氧化鋁陶瓷按Al2O6含量分類含量分類第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷氧化鋁瓷的性能：氧化鋁瓷的性能：可見，隨可見，隨Al2O6含量的增加，含量的增加，Al2O6的機電性的機電性能和熱性能愈來愈好，表現(xiàn)在：能和熱性能

19、愈來愈好，表現(xiàn)在：，硬度，硬度，tg，熱導率，熱導率 ；但是，隨著但是，隨著Al2O6含量的增加，氧化鋁瓷的含量的增加，氧化鋁瓷的工藝性能卻愈來愈差，表現(xiàn)在：可塑性工藝性能卻愈來愈差，表現(xiàn)在：可塑性，燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度，機加工難度，機加工難度，對原材料的要求，對原材料的要求第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷氧化鋁瓷的用途：氧化鋁瓷的用途：a、用于一般滑石瓷場所、用于一般滑石瓷場所b、高溫、高壓、高頻、大功率特殊情況下、高溫、高壓、高頻、大功率特殊情況下c、特殊環(huán)境，如：、特殊環(huán)境，如： 集成電路外殼（黑色集成電路外殼（黑色Al2

20、O6） 鈉燈（透明鈉燈（透明Al2O6） 宇宙飛船的視窗（透明宇宙飛船的視窗（透明Al2O6）第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷2、氧化鋁瓷、氧化鋁瓷原料的制備原料的制備(1) 天然礦物天然礦物(2) 化學法化學法(3) 冷凍干燥法冷凍干燥法第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(1) 天然礦物天然礦物l由鋁礬土礦（由鋁礬土礦（Al2O66H2O）經(jīng)化學方法處理得到，）經(jīng)化學方法處理得到，是煉鋁工業(yè)生產(chǎn)的中間產(chǎn)物，純度不高，是煉鋁工業(yè)生產(chǎn)的中間產(chǎn)物，純度不高，20

21、80ml氧化鋁的三種晶型：高溫氧化鋁的三種晶型：高溫型、低溫型、低溫型和中溫的型和中溫的型，型，只有只有-Al2O6具有優(yōu)良的電器性能，結(jié)構(gòu)緊密、硬度具有優(yōu)良的電器性能，結(jié)構(gòu)緊密、硬度大、損耗小、絕緣好，大、損耗小、絕緣好，- Al2O6的性能最差。故對工的性能最差。故對工業(yè)業(yè)Al2O6在配料前必須經(jīng)高溫煅燒（預燒），使在配料前必須經(jīng)高溫煅燒（預燒），使-Al2O6-Al2O6第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷預燒的作用預燒的作用:l 促使晶型轉(zhuǎn)變促使晶型轉(zhuǎn)變l 減少胚體的燒結(jié)收縮率，保證產(chǎn)品尺寸的準減少胚體的燒結(jié)收縮率，保證產(chǎn)品尺寸的準確

22、性確性l 可使堿金屬離子減少或去除，起純化的作用，可使堿金屬離子減少或去除，起純化的作用，破壞破壞Al2O6顆粒聚集狀態(tài)，以獲得細顆粒的原顆粒聚集狀態(tài)，以獲得細顆粒的原料。料。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(2) 化學法化學法l鋁的草酸鹽熱分解鋁的草酸鹽熱分解l醇鹽水解醇鹽水解lsol-gel法法可獲得高純、高均勻度的超細粉料可獲得高純、高均勻度的超細粉料,平均粒徑平均粒徑1060nm，比表面積，比表面積55010%m2/g，純度高達，純度高達99%以上。以上。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基

23、礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(3) 冷凍干燥法冷凍干燥法l將含將含Al6+溶液霧化成微小液滴，快速凍結(jié)為溶液霧化成微小液滴，快速凍結(jié)為固體，加熱使液滴中的水升華氣化，干燥形固體，加熱使液滴中的水升華氣化，干燥形成無水鹽，焙燒后得到球型顆粒。成無水鹽，焙燒后得到球型顆粒。l特點：特點： 疏松而脆，容易粉碎成均勻，超細原料疏松而脆，容易粉碎成均勻，超細原料 成分均勻成分均勻 適于批量化生產(chǎn)，設備簡單，成本低適于批量化生產(chǎn)，設備簡單，成本低第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷3、降低燒結(jié)溫度、改進工藝性能的措施、降低燒結(jié)溫

24、度、改進工藝性能的措施l 加入變價金屬氧化物加入變價金屬氧化物MnO2、TiO2.l 加入助熔劑，固液燒結(jié)加入助熔劑，固液燒結(jié).l 利用超細粉體，提高粉體燒結(jié)活性利用超細粉體，提高粉體燒結(jié)活性.l 采用還原氣氛燒結(jié)或熱壓燒結(jié)采用還原氣氛燒結(jié)或熱壓燒結(jié).第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷 1、基片應具有的機電性能、基片應具有的機電性能2、電介質(zhì)導熱機制、電介質(zhì)導熱機制3、高熱導率晶體的結(jié)構(gòu)特征、高熱導率晶體的結(jié)構(gòu)特征4、高導熱陶瓷材料特征比較、高導熱陶瓷材料特征比較5、多芯片組裝、多芯片組裝-多層基片多層基片第第6 6章章 In

25、ternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷1、基片應具有的機電性能基片應具有的機電性能高熱導率，低膨脹系數(shù)，高絕緣電阻和抗電高熱導率，低膨脹系數(shù)，高絕緣電阻和抗電強度，低介電常數(shù)和低的介質(zhì)損耗。強度，低介電常數(shù)和低的介質(zhì)損耗。機械性能優(yōu)良，易機械加工。機械性能優(yōu)良，易機械加工。表面平滑度好，氣孔率小，微晶化。表面平滑度好，氣孔率小，微晶化。規(guī)模生產(chǎn)具可行性，適應金屬化、成本低。規(guī)模生產(chǎn)具可行性，適應金屬化、成本低。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷2、電介質(zhì)導熱機制電介質(zhì)導熱機制金屬導熱

26、的主要機金屬導熱的主要機制是通過大量質(zhì)量制是通過大量質(zhì)量很輕的自由電子的很輕的自由電子的運動來迅速實現(xiàn)熱運動來迅速實現(xiàn)熱量的交換，因而具量的交換，因而具有較大的熱導率，有較大的熱導率，但不適合制作但不適合制作IC基基片（導電性）。片（導電性）。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷陶瓷是絕緣體，沒有自由電子，其熱傳導機理是由晶格振陶瓷是絕緣體，沒有自由電子，其熱傳導機理是由晶格振動的格波來實現(xiàn)的，根據(jù)量子理論，晶格波或熱波可以作動的格波來實現(xiàn)的，根據(jù)量子理論，晶格波或熱波可以作為聲子的運動來描述，即熱波既具有波動性，又具有粒子為聲

27、子的運動來描述，即熱波既具有波動性，又具有粒子性。通過聲子間的相互碰撞，高密度區(qū)的聲子向低密度區(qū)性。通過聲子間的相互碰撞，高密度區(qū)的聲子向低密度區(qū)擴散，聲子的擴散同時伴隨著熱的傳遞。擴散，聲子的擴散同時伴隨著熱的傳遞。 T1T1高溫端高溫端 T2T2低溫端低溫端聲子熱傳導（類似于氣體）聲子熱傳導（類似于氣體）第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷陶瓷的熱傳導公式：陶瓷的熱傳導公式： K-熱導率，熱導率，C-聲子的熱容，聲子的熱容，V-聲子的速度，聲子的速度，l-聲子的平聲子的平均自由程，均自由程，v-聲子的振動頻率。聲子的振動頻率

28、。 聲子的散射機制：聲子的平均自由程除受到格波間的耦聲子的散射機制：聲子的平均自由程除受到格波間的耦合作用外（聲子間的散射），還受到材料中的各種缺陷、合作用外（聲子間的散射），還受到材料中的各種缺陷、雜質(zhì)以及樣品邊界（表面、晶界）的影響。雜質(zhì)以及樣品邊界（表面、晶界）的影響。dVlCK)()(31第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷3、高導熱晶體的結(jié)構(gòu)特征高導熱晶體的結(jié)構(gòu)特征l 共價鍵很強的晶體；共價鍵很強的晶體；l 結(jié)構(gòu)單元種類較少，原子量或平均結(jié)構(gòu)單元種類較少，原子量或平均原子量均較低；原子量均較低；l 不是層狀結(jié)構(gòu)；不是層

29、狀結(jié)構(gòu)； 第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷高熱導率晶體都是由高熱導率晶體都是由原子量較低的元素原子量較低的元素構(gòu)成的構(gòu)成的共價鍵或共價鍵很強共價鍵或共價鍵很強的的單質(zhì)晶體單質(zhì)晶體或或二元化合物二元化合物。此類非金屬晶體有：金剛石（昂貴）、石墨此類非金屬晶體有：金剛石（昂貴）、石墨（電子電導）、（電子電導）、 立方立方BN（昂貴）、（昂貴）、SiC（難燒（難燒結(jié)，需熱壓）、結(jié)，需熱壓）、 BP（對雜質(zhì)敏感）、（對雜質(zhì)敏感）、 BeO、AlN。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置

30、瓷典型低介裝置瓷4、高導熱陶瓷材料特征比較、高導熱陶瓷材料特征比較第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(1) 氧化鈹瓷氧化鈹瓷性能性能指標指標密度密度/(g/cm6)2.9熱導率熱導率/(W/m)610熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)/(10-6 /)7.2抗彎強度抗彎強度/(MN/m2)195介電常數(shù)介電常數(shù)6.57.5介電損耗介電損耗0.005絕緣電阻率絕緣電阻率/m1012關鍵：降低燒結(jié)溫度關鍵：降低燒結(jié)溫度添加劑：添加劑：MgO、Al2O6問題：加入添加劑會使問題：加入添加劑會使熱導率降低熱導率降低Be-OBe-O共價鍵較強共價鍵較

31、強平均原子量僅平均原子量僅1212第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷(2) 氮化鋁瓷氮化鋁瓷性能性能指標指標熱導率熱導率/(W/m)可達可達280熱膨脹系數(shù)熱膨脹系數(shù)/(10-6 /)6.5抗彎強度抗彎強度/(MPa)500介電常數(shù)介電常數(shù)(1MHz)8.8介電損耗介電損耗510-4絕緣電阻率絕緣電阻率/m51011Al-NAl-N共價鍵強共價鍵強平均原子量平均原子量20.4920.49熱導率高熱導率高熱膨脹系數(shù)與熱膨脹系數(shù)與Si Si接近接近6 66.86.8第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎

32、6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷5、多芯片組件技術、多芯片組件技術-多層基片多層基片lMCM（Multi Chip Module）將多個半導體集成將多個半導體集成電路元件以裸芯片的狀態(tài)搭載在不同類型的布線電路元件以裸芯片的狀態(tài)搭載在不同類型的布線板上，經(jīng)整體封裝而構(gòu)成的多芯片組件。板上，經(jīng)整體封裝而構(gòu)成的多芯片組件。lMCM的核心是多層基板技術。的核心是多層基板技術。l應用：武器系統(tǒng)、航天電子、高頻雷達、超級計應用：武器系統(tǒng)、航天電子、高頻雷達、超級計算機（算機（CPU封裝）、通訊、傳真、數(shù)據(jù)處理、高封裝）、通訊、傳真、數(shù)據(jù)處理、高清晰度電視、攝像機、汽車電子等。清晰度電視、攝像機、汽車電

33、子等。第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-2 典型低介裝置瓷典型低介裝置瓷l要求：多層布線層要求：多層布線層間隔介質(zhì)的間隔介質(zhì)的小小（減少信號傳輸延（減少信號傳輸延遲時間，實現(xiàn)信號高速處理），遲時間，實現(xiàn)信號高速處理），高熱導率高熱導率（層數(shù)（層數(shù)（1012m，保證信號線間的絕緣性，保證信號線間的絕緣性l 低介電常數(shù)，減少信號延遲低介電常數(shù)，減少信號延遲l 低介電損耗，減小在交變電場中的損耗低介電損耗，減小在交變電場中的損耗l 燒結(jié)溫度燒結(jié)溫度8501000，可使用阻值低的導體材料（，可使用阻值低的導體材料（Pd-Ag、Au、Cu），減小布線電阻），減小布線電

34、阻l 基片的熱膨脹系數(shù)接近硅的熱膨脹系數(shù)，減少熱應力基片的熱膨脹系數(shù)接近硅的熱膨脹系數(shù)，減少熱應力l 高的熱導率，防止多層基板過熱高的熱導率，防止多層基板過熱l 足夠高的機械強度足夠高的機械強度l 化學性能穩(wěn)定化學性能穩(wěn)定 第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-6 低溫共燒陶瓷基片低溫共燒陶瓷基片 l 目前已實現(xiàn)多達目前已實現(xiàn)多達50層、層、16英寸，英寸，應用頻率為應用頻率為50MHz5GHz的的LTCC集成電路集成電路l 日 本 富 士 通 已 研 制 出日 本 富 士 通 已 研 制 出 6 1 層 ，層 ，245mm的共燒結(jié)構(gòu)的共燒結(jié)構(gòu)l 美 國美 國

35、I B M 公 司 研 制 出 了公 司 研 制 出 了 6 6 層層LTCC基板的多芯片組件基板的多芯片組件第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-6 低溫共燒陶瓷低溫共燒陶瓷 1、LTCC的實現(xiàn)方法（降低燒結(jié)溫度）的實現(xiàn)方法（降低燒結(jié)溫度）l 摻雜適量的燒結(jié)助劑，進行液相活性燒結(jié)摻雜適量的燒結(jié)助劑，進行液相活性燒結(jié)l 采用化學法制取表面活性高的粉體采用化學法制取表面活性高的粉體 l 采用顆粒粒度細、主晶相合成溫度低的材料采用顆粒粒度細、主晶相合成溫度低的材料l 采用微晶玻璃或非晶玻璃采用微晶玻璃或非晶玻璃 第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-6 低溫共燒陶瓷低溫共燒陶瓷2、 單相陶瓷系單相陶瓷系玻璃陶瓷復合玻璃陶瓷復合系系結(jié)晶玻璃系結(jié)晶玻璃系四類四類氧化鋁中添加物氧化鋁中添加物系系第第6 6章章 InternetInternet應用基礎應用基礎 6-6 低溫共燒陶瓷低溫共燒陶瓷基板材料基板材料燒成溫燒成溫度度/介電常介電常數(shù)數(shù)1MHz介電損耗介電損耗/10-2電阻率電阻率/