零收缩LTCC材料的流延工艺研究

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近年来,随着混合集成技术的发展,低温共烧陶瓷(LTCC)成为研究的热点。尤其是高性能,高精度电子产品的推广,开展零收缩LTCC基板材料的研究已经势在必行。本文首先参照德国Heraeus公司开发的自约束零收缩LTCC材料的原理,采用“三明治”结构,中间层即锁紧层为微晶玻璃与氧化铝粉末混合物,两侧为常规非晶态玻璃,用化学沉淀的方法分别制备了微晶玻璃和常规非晶态玻璃,借助丝网印刷工艺,制备出烧结后基本满足零收缩的LTCC基板材料。本文对零收缩LTCC的流延工艺进行了研究。通过实验分析比较,选用二甲苯和正丁醇按质量比80:20的比例混合配制成二元混合溶剂,最佳用量为粉体质量的80%-100%;选用聚乙二醇辛基苯基醚(X-100)为浆料的分散剂,当其用量为粉体质量的2%时,分散效果最好;选用PVB系列的B-76作为粘结剂,最佳用量为浆料质量的4.5%-5.5%;选用邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和聚乙二醇(PEG)为增塑剂,当DBP作为单一增塑剂时,与粘结剂的质量比为0.5时,浆料的流动性最好,使用复合增塑剂后,粘度随着DBP含量的增加而降低,此外,纯的DBP比纯的PEG有更好的增塑效果。本文通过多次重复实验,确定的工艺参数为:次球磨时间为8h,二次球磨时间12h,真空除气时间为30min。本文确定了流延生带的厚度主要由刮刀间隙控制,流延速度对生带厚度几乎没有影响。经过优化计算后确定的工艺参数有:刮刀间隙0.3mm,流延速度为0.67cm.s-1;流延浆料铺展的厚度越大,其干燥速率越慢,温度越高,干燥速率越快;为了避免生带在干燥过程中出现气泡孔,褶皱,开裂等现象,应该适当控制干燥温度,湿度,减小生带厚度,降低流延浆料的粘度,降低陶瓷粉体粒径的分布范围等。生带的拉伸强度和断裂伸长率随溶剂含量的增加而减小,随粘接剂含量的增加而增加,当粘结剂与增塑剂的质量比R值增大时,生带的拉伸强度随着降低,但断裂伸长率随之增加;使用DBP和PEG作为复合增塑剂时,当DBP含量为增塑剂含量的40%-80%时,生带同时具有较高的拉伸强度和断裂伸长率。
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