新型SiC晶须增强微晶玻璃基LTCC材料的力学性能调控与增强机理研究
批准号:
52102089
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
罗现福
依托单位:
学科分类:
无机非金属基复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗现福
中文摘要
本项目针对目前无源集成封装关键配套LTCC材料力学性能较差及增强机理研究不足具体问题,用溶胶-凝胶法制备可析晶Ca-B-Si-M-O玻璃(CBSM微晶玻璃, M为金属元素)原位包覆SiC晶须形成的“核-鞘”结构CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC复相材料。通过控制玻璃析晶,期望实现玻璃液相包覆转变为晶相包覆并产生类并联网络结构,讨论玻璃微晶态结构与复相材料力学性能间的影响机制。通过界面层结构解析和原位拉伸测试,探索液相助熔机制下高度取向的SiC晶须对复相材料力学性能增强机理,阐释SiC晶须与晶相/液相间的界面层结合与应力传递、液相连续分布与微气孔填充、渗透反应、SiC晶须的“拔出-桥联”机制及裂纹的扩展-偏转机制等。通过SiC晶须含量与形貌调控,探讨出SiC晶须含量及形貌与复相材料力学性能间的内在影响关系,以改善无源集成封装用LTCC基板的力学性能,并为LTCC材料设计提供全新思路。
英文摘要
This project aims to solve the low mechanical properties and the insufficient research on the reinforcement mechanism of key low temperature cofired ceramic (LTCC) materials used for passive integrated packaging industry via preparing core-sheath CBSM glass@SiC whisker by in situ coating highly-oriented SiC whisker with Ca-B-Si-M-O crystallizable glass (M is a metallic element) by sol-gel method. It is proposed in this project that the reinforcement of LTCC composites can be realized by transforming glass-phase-coating to crystallization-phase-coating and resultantly producing parallel-like network structure in the composites. The influence mechanism between the microcrystalline structure of the glass and mechanical properties of SiC whisker/CBSM glass-ceramics is discussed. Then, based on the analysis of the interface-layer structure and the results of in-situ tensile test, the reinforcement mechanism of highly-oriented SiC whisker on the mechanical properties of CBSM glass-ceramic under liquid phase fluxing condition is explored. The mechanism of interfacial bonding and stress transfer, continuous distribution of liquid phase and filling of micropores, infiltration reaction, pull-out bridging mechanism of SiC whisker, crack propagation and deflection mechanism are explained successively. By adjusting the content and the morphology of SiC whisker, the relationship between the content and morphology of SiC whisker and the mechanical properties of SiC whisker/CBSM glass-ceramics is well discussed, so as to improve the mechanical properties of LTCC substrate for passive integrated packaging and to provide a new idea for the design of superb LTCC materials.
低温共烧陶瓷技术(LTCC)作为一种新兴的集成封装技术,以其优良的高频和高速传输特性、小型化及高可靠性备受关注。电子元器件集成度的不断提高会造成LTCC基板上负载的元件数量呈倍数增多,这对LTCC基板材料的载荷能力与可靠性提出了非常严苛的要求。然而,玻璃基体易在低载荷下出现疲劳破损,使得以微晶玻璃或玻璃/陶瓷复相材料为基础的 LTCC 材料的力学强度较低。特别地,微晶玻璃基 LTCC 材料的抗弯强度甚至不足 200 MPa。本项目以高度取向的一维SiC晶须增强微晶玻璃基LTCC材料,创新性地通过溶胶-凝胶法制备出可析晶Ca-B-Si-M-O(CBSM)玻璃原位包覆SiC晶须形成“核-鞘”结构的新型CBSM微晶玻璃@SiC晶须复相材料,并深入研究了LTCC复相材料的力学性能及增强机理。研究内容包括:“核-鞘”结构CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC材料的优化制备研究,CBSM微晶玻璃的微晶态结构与CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC材料力学性能间影响机制研究,CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC复相材料的界面层结构解析及强化机理研究,以及SiC晶须含量及形貌与CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC材料力学性能间的影响机制研究。项目厘清了微晶玻璃化学组成-微晶态结构-力学性能,以及微晶玻璃热处理工艺-微晶态结构-力学性能间的内在影响机制;解析了高抗弯强度LTCC复相材料的界面层结构及强化机理,重点阐释了液相助熔机制下SiC晶须对CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC材料力学性能的增强机理,为微晶玻璃基LTCC材料的研究奠定了一定的理论基础;项目开发了一种新型的高抗弯强度的“核-鞘”结构CBSM微晶玻璃@SiC晶须LTCC复相材料,材料的抗弯强度超过400 MPa,显著改善了无源集成封装LTCC基板的力学性能,有助于推动LTCC材料在大规模以及超大规模集成电路上的应用。
国内基金
海外基金