表面贴装石英晶振黑色Al2O3陶瓷基座材料及其制备工艺研究

论文摘要

石英晶体振荡器因具有很高的频率稳定度而被广泛应用于通信、广播、雷达、导航及许多测量仪器。随着电子信息产业的飞速发展和电子整机的小型化、高性能的发展趋势,石英晶振的市场需求量还将快速增长。传统的晶振已不能满足要求,开始向表面贴装型和轻、薄、小方向发展,并且陶瓷封装逐渐取代了传统的裸金属外壳覆塑料金属封装。需要大批量、低成本地生产体积小且具有遮光特性的陶瓷封装基座。本文选取Fe2O3、Cr2O3、CoO三种过渡金属氧化物为主要原料,采用湿法工艺研制了Fe-Cr-Co系黑色色料,通过对色料呈色机理和各项色差值的综合分析,确定了最佳的色料配方,并讨论了煅烧温度和色料粒度对黑色色料呈色的影响。在对黑色色料制备和性能研究的基础上,采用流延法制备了黑色氧化铝陶瓷基板。研究了基板材料配方、烧结工艺、收缩率以及不同添加物含量对基板呈色和致密性的影响,确定了最佳的黑色氧化铝陶瓷配方,制定了合理的流延工艺参数。结果表明:当黑色色料含量为11%、助熔剂含量为15%,在1150℃低温烧结的基板呈现均匀的黑色,其体积密度值达到3.652g/cm3、体积电阻率达到1012Ω·cm以上、介电常数达到14;当粘结剂含量为5%时,陶瓷基板中产生气孔、开裂等缺陷少,显气孔率达到4.8%;通过调整流延浆料配方和生坯密度可以有效控制基板的收缩率。通过对流延基板裁剪冲孔、丝网印刷电路和热合烧结,成功制备了外形尺寸为:8.5mm×5.0mm×0.65±0.05mm的黑色Al2O3陶瓷封装基座。研究了基座的热合工艺、抗热震性能、尺寸精度以及影响基座表面电极膜性能的因素。实验证明:经水温均压热合的基座层间结合致密,抗热震性能好,具有较高的尺寸精度。当电极浆料粘度为5.2Pas,经过2次印刷的电极膜经1150℃烧结后,电极膜附着力达到38N、方阻值达到27mΩ,经显微形貌观察,电极光亮、平滑、致密。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题研究背景
• 1.2 石英晶振简介
• 1.2.1 石英晶振的原理及应用
• 1.2.2 石英晶振的发展趋势
• 1.3 表面贴装石英晶振的研究现状
• 1.3.1 表面贴装石英晶振材料应具备的性能
• 1.3.2 表面贴装陶瓷材料在应用中存在的问题
• 1.4 黑色氧化铝陶瓷材料的研究现状
• 1.4.1 黑色氧化铝陶瓷的组成和性能
• 1.4.2 黑色氧化铝陶瓷基板的制备方法
• 1.5 尖晶石型氧化物介绍
• 1.5.1 尖晶石型晶体结构特征
• 1.5.2 尖晶石类型
• 1.5.3 尖晶石型色料
• 1.5.4 反应机理
• 1.6 电子丝网印刷技术简介
• 1.6.1 丝网印刷原理
• 1.6.2 电子丝网印刷技术的质量控制点
• 1.7 选题的目的及研究内容
• 1.7.1 选题的目的及意义
• 1.7.2 课题的主要研究内容
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 湿法工艺制备黑色陶瓷色料
• 2O₃陶瓷基板'>2.2.2 流延法制备Al₂O₃陶瓷基板
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 收缩率
• 2.3.2 显气孔率及体积密度
• 2.3.3 体积电阻率
• 2.3.4 介电常数
• 2.3.5 方阻和附着力
• 2.3.6 抗热震性能测试
• 2.3.7 显微形貌分析
• 3 黑色陶瓷色料的制备及性能评价
• 3.1 黑色色料的呈色机理
• 3.2 黑色色料制备工艺的优化
• 3.2.1 色料最佳配方的确定
• 3.2.2 色料球磨工艺的确定
• 3.3 影响色料呈色性能的因素分析
• 3.3.1 烧成温度对色料明度的影响
• 3.3.2 色料粒度对色料明度的影响
• 3.4 本章小结
• 2O₃陶瓷基板的制备工艺研究'>4 黑色Al₂O₃陶瓷基板的制备工艺研究
• 4.1 影响流延生坯性能的因素分析
• 4.1.1 流延浆料粘度的影响因素
• 4.1.2 流延工艺参数对生坯性能的影响
• 4.2 不同添加物含量对基板性能的影响
• 4.2.1 色料添加量对基板呈色的影响
• 4.2.2 粘结剂含量对基板致密性的影响
• 4.3 基板烧结工艺研究
• 4.3.1 体积密度
• 4.3.2 体积电阻率
• 4.3.3 介电常数
• 4.4 基板的收缩率分析
• 4.4.1 有机溶剂含量与线收缩率的关系
• 4.4.2 生坯密度与体积收缩率的关系
• 4.5 本章小结
• 2O₃陶瓷基座的制备工艺研究'>5 黑色Al₂O₃陶瓷基座的制备工艺研究
• 2O₃陶瓷基座的制备'>5.1 Al₂O₃陶瓷基座的制备
• 5.1.1 基板裁剪冲孔
• 5.1.2 丝网印刷电路
• 5.1.3 陶瓷基座的热合及烧结
• 5.2 基座的热合工艺研究
• 5.3 基座的尺寸精度测试
• 5.4 基座表面电极膜性能分析
• 5.4.1 丝网印刷工艺对电极膜性能的影响
• 5.4.2 烧结温度对电极膜性能的影响
• 5.4.3 基座表面电极膜的微观形貌观察
• 5.5 基座的抗热震性能分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间发表论文情况
• 作者在硕士期间所获奖项