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电子材料工艺原理 贾利军 电子科技大学微电子与固体电子学院 电子材料工艺原理 教学要求 熟悉电子陶瓷制造的主流方法，明确重点工艺环节对显微结构、性能的影响； 了解合成纳米晶材料的主要方法（共沉淀法、溶胶－凝胶法、水热法等）； 对电子薄膜、单晶的制造有一定的了解 电子材料工艺原理 教材和参考书 教材：电子材料工艺原理(讲义) 参考书： 1.《先进陶瓷工艺学》，刘维良等编著，武汉理工大学出版社，2004年 2.《陶瓷工艺》，理查德.J.布鲁克主编，科学出版社，1999年 3.《电子材料与工艺》，黄运添等编著，西安交通大学出版社，1990年 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 1.1 引言 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 第一章 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：首先是内因，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；其次是外因，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。 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 1.3 粉料 ? 图1-2 粉料中颗粒团聚示意图 图1-3两种氧化锆粉料的压实曲线 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 粉料特性的改变 粉碎过程中粒径大大减小，比表面积增加；粉碎会引起颗粒内部产生较大的晶格应变，还有可能改变颗粒的晶体结构 ；此外，粉碎过程中也会导致化学反应 ； 另外一些情况下，粉料的化学成分因粉磨而发生变化，如钛酸钡在水中球磨，由于Ba(OH)2的形成和溶解，使BaTiO3粉料中Ba离子遭受损失。长时间的球磨还有可能引入杂质。 控制参数：颗粒尺寸、比表面积、化学组成 、水分含量、密度、流动性等。 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 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。 图1－5 滚动式球磨机内 钢球的三种运动轨迹 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 1.4 成型 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。 （要求掌握基本原理和适用范围） 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 1.5 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。 固相反应与温度密切相关。 固相反应的过程 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 定性分析 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。 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 1.6 烧结 烧结体的构成：晶粒、晶界、气孔等 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 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”。 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 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1-8 二面角形成后的颗粒间构型变化 第一章 电子陶瓷制造中的工艺控制 晶粒长大与二次再结晶现象（注意区分和控制） 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