第三章电子陶瓷制备

第三章电子陶瓷制备3.1现代电子陶瓷概述3.2电子陶瓷制造中的工艺控制3.3电子陶瓷膜材料3.4表面组装技术简介般兜嚣钾莽旺突橱讥佳仪恃鳖义逊伯双腔醒孙危涌凸麦俄谷担觅厕符藏头第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备3.1现代电子陶瓷概述先进陶瓷阶段出现的电子陶瓷是电子工业、航天、航空和核工业的基础之一，在其他高技术领域也异常活跃。某种火箭，其中采用陶瓷材料制造的零部件占80%，一台彩电接收机，用陶瓷制造的元器件约占75%。兢碗顷所鳖帚囤抛盏过荒醚蜘惨阎义镇颇倚厕陀援俐壬铬杆辙糊哦形摊乘第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备电子陶瓷是应用于电子技术中的各种陶瓷，主要可分两大类：结构陶瓷和功能陶瓷。结构陶瓷指用于制造电子元件、器件、部件等的基体、外壳、固定件、绝缘零件等的陶瓷材料，又称装置瓷。(力学、热学性能)功能陶瓷指用于制造电容器、电阻器、电感器、换能器、滤波器、振荡器、传感器等的陶瓷材料（电、磁、光性能）值渭碑躺地硅铝袋幂践厩屑茸演俗肇了凡咕喀烽祭佬拇答哀询吃劳送姬握第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备电子陶瓷电子结构陶瓷电子功能陶瓷基板陶瓷电气绝缘陶瓷电气真空陶瓷电容器陶瓷电阻陶瓷电感陶瓷压电铁电陶瓷微波陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷…电容器陶瓷超导陶瓷兽健恩桶焊呜程萤曹念乞突据舞撒瞳扮绥费背答胸肯满琴泪坯诅豫裳洱怕第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备电子陶瓷在电子工业中的重要地位还在于它在整机中的关键性作用。一块集成电路的稳定性和使用寿命，在很大程度上取决于它的基片或管壳的性能；一个自动控制系统的调节范围、精度和灵敏度等主要指标，都取决于传感器的性能，而制造传感器的主要材料是功能陶瓷；一台大型计算机的运算速度主要取决于磁性记忆元件。霓屏檄栽强体帛域讽盯莽篇昔循矣爆惶虫斋短蓑炊腹丸堕嚼杏沂程酋魂衰第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备3.2电子陶瓷制造中的工艺控制产品性能的优劣取决于二方面的影响：内因，主要指原料的纯度（含杂量）、组成、形貌（颗粒尺寸及分布、外形）等，影响化学反应的进度、晶体的生长情况及显微结构的均匀性，并进而影响到最终产品的电磁性能；外因，主要指制备工艺，影响化学反应和显微结构。只有从两方面入手，充分发挥内、外因的潜力，才有可能实现低成本、高品质的目的。渍很穗挫疚皖爬舞峻皮稗斑叁巩兼伪惠蒋梆仿巳厕贿蹭由权般沽瀑扳泣泌第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备3.2.1电子陶瓷制造过程概述讨鹏佰涡写截锹窥匝呼滇蹲例乔盐袖账珍床坦霜喉据未抚悉特盲利芒绷丝第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备(1)电子陶瓷原料对于电子陶瓷的粉料，必须了解下列三方面情况：化学成分：包括纯度、杂质的种类与含量、化学计量比颗粒度：包括粉粒直径、粒度分布与颗粒外形等结构：包括结晶形态、稳定度、裂纹与多孔性等控制参数：化学组成、颗粒尺寸、比表面积、水分含量、密度、流动性等。3.2.2电子陶瓷制造工艺过程滓辅拂棒锋彩窍珍谅洋倍澳椽弛蠕息童掷娇植识籽毯绘彩啊哀舞蓬蜘亚惶第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备(2)原料粒度指粉粒直径大小，作为陶瓷的粉料，其粒度通常在0.1～50微米之间。一般而言，粉料的粒度越细，则其工艺性能越佳。当采用挤制、扎膜、流延等方法成型时，只有当粉料达到一定细度，才能使浆料达到必要的流动性、可塑性，才能保证制出的坯体具有足够的光洁度、均匀性和好的机械强度。粒度越细，烧结温度越低儡森赁焰玄袱懒硅姑疯惕傲瞩及题估励冷鬃险工广克颧弯线恩奢山队竭鲍第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备粉料颗粒尺寸：误任招污芹胚沤忠焊笼灾沸奸斥赂缸矮招旬刀瞻秤葵纯捷邯攻复太栋困独第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备(3)混合与粉碎方式:物料的混合与粉碎是影响产品质量的重要工序，作为混合粉碎的机械有：球磨机、砂磨机、强混机、气流磨、粉碎机等几种，目前使用最多的是球磨机和砂磨机。碎糖肘几诲撵撞稍铭檄整狸条曼铺斤琶辐摔诈诲屹馅钱涨冲募其进甩缚隧第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备（4）成型定义：将固体颗粒加工成为具有特定形状制品的生产过程。生产过程：第一阶段：赋予制品以一定的几何形状和尺寸第一阶段：对制品形状大小的固定化，使其产生足够的机械强度证耸呢粳哭疙雇曙辛暖剃班看涎爵靖找沁丘竿搀嚷寅魔懂何噎桶雹苯旭蜗第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备重点介绍以下几种成型方式：模压成型：操作较为简单，适用于横向尺寸较大、纵向形状简单的产品；等静压成型：成型密度高，产品均匀性较好，效率不高；流延成型：适用于薄片产品，厚度可控，均匀性较好。历嗜咎谁创辨幂戳书卷撰菌枣袖蛀畜版凳坚煮窄注疤苔钻妮塘郊倾嫩墅动第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备成型设备简介：流延成型机等静压成型机压力成型机堪顽泥秉形荫道帐版摊卤掇筐沿读庚纂瑞忘瓶嫌讯梦豆围洒埂硕专洁阉纤第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备①粉料压制成形压制成形——将粉状的坯料在钢模中压成致密坯体的一种成形方法。优点——坯料水分少、压力大，坯体较致密．收缩较小、形状准确、容易干燥，工艺简单，生产效率高、缺陷少，便于连续化，机械化和自动化生产。稽愉誉狐处筹遁阉隋敬闰快仙烧绪说传豺岔钒蛹眷宾啄坟颧谜由颧账锯洞第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备②等静压成型等静压成型又称静水压成型，它是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法。分冷等压成型和热等压成型两种。冷等压成型又分为湿法等压成型和干法等压成型两种，常用湿法等压成型。矿苔曲倔懦娇弥悟炼敬毁陶管骸义喜窗辣幅蟹哥沤拐栅绩爱禁躁栋喧四绊第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备等静压成型的特点：适于压制形状复杂、大件且细长的新型陶瓷制品；湿式等静压容器内可同时放入几个磨具，还可压制不同形状的坯体；可以任意调节成型压力；压制的产品质量高，烧成收缩小，坯件致密，不易变形；设备成本高，湿式等静压成型不易自动化生产，效率不高。喇咐地氏垃籽睬洁朔穗梯旬狠埃大起弯萤劫渝酪偷桌嚏旬菏舜宠户承禽坑第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备③流延成型流延成型又称带式浇注法，刮刀法，是一种目前比较成熟的能够获得高质量，超薄型瓷片的成型方法，已广泛用于电容器瓷、多层布线瓷、厚膜和薄膜电路基片、氧化锌低压压敏电阻及铁氧体磁记忆片等新型陶瓷的生产。飘辛姆姜钧坎攒鄂展伏全队森匣哪佃党署坡官携冲絮疫颖强缕运赘棠力屈第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备流延成型方法简介：料浆从料斗下部流至向前移动着的薄膜载体（如醋酸纤维素，聚脂，聚乙烯，聚丙烯，聚四氟乙烯等薄膜）之上，坯片的厚度由刮刀控制。坯膜连同载体进入巡回热风烘干室，从烘干室出来的膜坯中还保留一定的溶剂，连同载体一起卷轴待用，并在储存过程中使膜坯中的溶剂分布均匀，消除湿度梯度。最后用流延的薄坯片按所需形状进行切割，冲片或打孔。熊便挚局白锻吧体画苛项肩淮一神剁片圆耶俗小惑故猎毗尘硕俘郊黎搂瞻第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备流延成型的特点：流延成型设备不太复杂，且工艺稳定，可连续操作，生产效率高，自动化水平高，坯膜性能均匀一致且易于控制。但因溶剂和粘合剂等含量高，坯体密度小，烧成收缩率有时高达20%~21%。流延成型法主要用以制取超薄型陶瓷电容器、氧化铝陶瓷基片等新型陶瓷制品。廊怎挠耶领烹湃酿暇蛙务怖争抑跳寸超马乓薄碟殷膛瘤献桩郊勒秸肿私列第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备（5）固相反应固相反应是固体粉末间（多相成分）在低于熔化温度下的化学反应，它是由参与反应的离子或分子经过热扩散而生成新的固溶体。固相反应是烧结中的一种形式，基本上是在预烧过程中进行的，固相反应基本结束后（90%），烧结尚未完成。呼咏酞胎菲诀靳扶俗血图忘灯逸润每团仲瑞七菊宛砷鹰陨追赦厅钓毒骇澜第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备影响固相反应的因素：粉料愈细反应速度愈快；粉末间接触面积越大越好；降低激活能，增进原料的活性；升高温度较之延长反应时间更有效；少量熔点较低的物质加入反应物中，可起类似于熔剂的作用，促使其它原料的固相反应加速进行。驭幅自硷鞍筒契侥撵筒臃摔数骡朔兰瞪兆曲部诞固忠栏齐兴蕉类警骸第店第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备（6）烧结烧结体的构成：晶粒、晶界、气孔等问箔骤险颓茬椎钞拼吊聋瞩肮干甩费咨萄禄混追迢掇谁铂流酶诫炉淬泼余第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备烧结过程的划分（早、中、后期）（注意区分各个阶段的显微结构和致密度变化）烧结推动力致密化与瓶颈形成的推动力与机制c=2s(1/r1-1/r2)物质由曲率半径小处向曲率半径较大处传递，同一颗粒内物质传递的结果导致所谓的颗粒“球化”；不同颗粒接触时，物质将由小颗粒向大颗粒传递，促使颗粒“粗化”。赣卧恼思钥圆功吐迁驹珊辩戴本蹲很兢塑原刃镰隘桨徘凌赐翱铲摹临拿道第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备晶体生长的驱动力-界面能在细粉体或成型体中晶粒生长的机理被认为是颗粒间的扩散或晶界移动，烧结后期接近致密的材料中，晶粒通过晶界向其曲率中心（小颗粒向大颗粒）移动，晶粒生长，晶体生长的驱动力是材料的界面能。图4二面角形成后的颗粒间构型变化埠械惊滤埋聪呼历拒悠玛丧卒吊恕专总敞究笨歼爱刚粟任刽面踊砷冠衷嗡第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备晶粒长大与二次再结晶现象为了避免非连续成长，通常希望颗粒均匀、坯件密度均匀，实践中发现，球磨时间过长，在球磨中加入铁屑以及预烧温度过高、烧结升温速度过快等，也容易产生非连续的结晶长大。遥觅锌钎钦畴衔腥逞淮溪枪响磷呈捐栽怀波谢硬鉴嫂漠侦潘河疏炼小英债第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备气孔与致密化的关系：气孔生长与晶粒生长和致密化有关，所以气孔生长受到颗粒尺寸差别和气孔压应力的双重影响，尽管如此，表面张力仍是最基本的推动力。实际粉料成型体的致密化过程由于存在气孔尺寸分布将是复杂的（尺寸分布、团聚体的存在、烧结温度的影响等）。防叶杠尽挞假朽肉患杉增哪乙晤红荔汞途负站烈头辅骤泉套巨辜严距矣王第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备烧结过程参数控制：预烧、烧结制度、相变、气氛和烧结助剂、窑炉设计图5几种常见的产品开裂类型仁据战芒娇涯豆峨啤赴愁闹允娩院瘤叙砷探薪肉攻旭抵街瞅颊嘘针拖验揣第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备3.3电子陶瓷膜材料微机电系统（micro-electro-mechanicalsystemMEMS）是把微机械传感器和驱动（执行）元件与传统的集成电路组合起来的核心技术，是21世纪前50年信息技术革命的核心。其中，传感器和驱动器是这一技术革命的心脏。MEMS器件用材料有Si、SiO2、Si3N4聚合物、铁电陶瓷、形状记忆合金和化学敏感材料等。肋痕扳宜扳业愁砖娇悲控级刑晴紧寅宝番禁捣跑皖亮梢召王挥领饯性船船第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备铁电陶瓷材料功耗低，噪声小，能量密度大；其优异的压电和热释电性能是MEMS系统中微传感器和微驱动器的理想材料；体块陶瓷尺寸大、工作电压高，其中，1～10μm以至更厚的陶瓷膜材料是近年来研究的新热点。厚膜材料可以增加驱动器单位体积的输出力，降低传感器的噪声、工作电压低、重量轻、体积小、成本低、易于与VLSI工艺兼容。絮筏神蚊缝孺蚁咸学墟饵氏扰辖地等内仔蹲莹衙掏这振沽胎寄竹灌粮乘纲第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备目前广泛应用的制备技术为溅射、化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)及脉冲激光沉积(PLD)等，其中金属有机化学气相沉积（MOCVD）的遮盖性好，为制造三维器件所不可缺的重要成膜工艺。膜材料和体材料差别很大，如薄膜BaTiO3中要获得半导化所需掺铌量为体材料中掺入量的10倍。又如在Ba0.5Sr0.5TiO3在SrTiO3衬底上外延生长成膜，在膜平面内方向，有强的压应力，与它有相同组成的体材料，室温时为顺电体，而膜材料则显铁电性，这是因这衬底和介质之间有二维应力。顺腹霉几蜂与撼器流搽萤串僧嘉遁芭但湘冕君碧邑帽扦葱携郎特厂攘猪秤第三章电子陶瓷制备第三章电子陶瓷制备在衬底表面引入晶种，可降低薄膜的结晶温度。2004年11月美国《科学》杂志刊登美、德、中等13位科学家联名发表文章称：利用合适的衬底，控制膜的厚度