近日，我校材料科学与工程学院曾惠丹教授团队联合上海泽丰半导体有限公司罗雄科董事长、丹麦奥尔堡大学岳远征教授和武汉理工大学在电子封装基板研究方面取得重大突破，相关研究成果以“Creating Single-Crystalline β-CaSiO3 for High-Performance Dielectric Packaging Substrate”为题，发表在AdvancedMaterials上。
随着5G和6G无线通信技术的快速发展，对电子封装基板材料的性能要求不断提高。低温共烧陶瓷（LTCC）因其低介电常数（K<5）和高抗弯强度（>230MPa）成为研究的重点。然而，实现低介电常数与高机械强度的协调优化仍是一大挑战。传统多晶基板在这些方面的性能有限，而单晶材料凭借其优越的结构性能，展现出巨大的发展潜力。
针对上述问题，研究团队突破传统技术瓶颈，将Al3+掺杂到钙硼硅酸盐（CBS）玻璃体系中来调节玻璃的短程有序（SRO）和中程有序（MRO）结构，促进了非均质网络结构的形成，使得在能量上有利于纳米级β-CaSiO3和亚纳米级α-CaSiO3多晶颗粒的析出。随着烧结温度的升高，α-CaSiO3中的[Si3O9]-环被逐渐打开，转变为以[SiO3]∞链为特征结构的β-CaSiO3晶体，相应的Si-O-Si键角从134.76°转变为143.31°，加快了纳米级α-CaSiO3（2-10 nm）被β-CaSiO3吸收的过程。最终，转变为有序层状结构的单晶体β-CaSiO3（1-2 µm），并且其在整个微晶玻璃中的占比可高达85%。该高单晶含量的微晶玻璃兼具低介电常数（4.04@15 GHz）和高抗弯强度（256MPa），首次将单晶结构应用于封装基板，并与银浆共烧匹配良好。这种新型基板的性能不仅达到国际先进水平，甚至在某些关键指标上表现更为出色。
我校材料科学与工程学院2021级博士研究生贾庆超为论文第一作者，曾惠丹教授、罗雄科董事长和岳远征教授为共同通讯作者。该项研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助和上海泽丰半导体有限公司的技术支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202414156
