가압성형 AlN-Y2O3-WO3 세라믹스와 테이프캐스팅 성형 AlN-Y2O3 기판 제조 및 물성 연구
A study on the preparation and properties of press-formed AlN-Y2O3-WO3 ceramics and a tape-casted AlN-Y2O3 substrate
- 주제(키워드) 도움말 AlN , WO3 , W2B , 반사율 , 탄성율 , 유전특성 , 테이프 캐스팅 , 분산제
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 지도교수 申鉉浩
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 재료공학과
- 원문페이지 ⅷ, 60 p.
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000006455
- 본문언어 한국어
초록/요약
(4.5-x)Y2O3-xWO3-95.5AlN, x=0, 0.25, 0.50, 0.75, 1.00 의 조성을 BN용기에 장입 하여 1800℃에서 3시간동안 소결함으로써 소결체를 제작하였다. 소결체의 XRD 분 석 결과, 모든 조성에서 AlN이 주 결정상으로 나타났고, 2차 상으로 YAlO3(Yttrium Aluminum Perovskite) 및 Y4Al2O9(Yttrium Aluminum Monoclinic)이 생성되었다. WO3 및 Y2O3를 첨가한 조성에서는 이들 2차 상 이외 에 W2B가 생성되었으며, 미세조직을 확인한 결과 W2B 상의 크기는 수십 ㎚ - 1 ㎛이었다. 리트벨트법을 이용하여 XRD패턴을 해석한 결과, WO3의 함량이 증 가함에 따라 Y4Al2O9의 함량은 감소한데에 비해 YAlO3와 W2B의 함량은 증가함 을 보였다. 반사율 측정결과 400 ㎚ 이상의 파장영역에서 WO3의 함량이 증가할 수록 반사율은 25%에서 10%이하로 감소하는 결과를 나타내었다. WO3를 첨가한 시편 모두 검은색을 나타내었다. 이는 반도체 칩에서의 광전도오류 발생을 막고 다 층 패키지의 내부 회로를 보이지 않게 하는 데 유리하다. 3.5Y2O3-1.0WO3-95.5AlN 시편에서 탄성율과 포아슨비는 각각 368 GPa, 0.196 이었으며, 유전상수와 유전손실 은 8.25 GHz의 공진주파수에서 측정한 결과 각각 8.6, 0.003인 결과를 나타내어 기존의 WO3가 첨가되지 않은 액상소결 AlN과 유사한 물성을 나타내었다. 한편, methyl ethyl keton(MEK)용매 중에서 분산제 종류 및 함량이 AlN-Y2O3 혼합분말의 분산성에 미치는 영향에 대한 관찰 결과, 음이온성 고분자 분산제를 첨가한 조성은 에스테르계 비이온성 및 인산 에스테르계 음이온성 분산제를 첨가 한 조성에 비해 매우 우수한 분산성을 나타내었다. 분산제 함량은 분말대비 1∼3 wt%가 첨가할 때 분산효과가 우수하였다. AlN-Y2O3 혼합분말과 용매 및 바인더, 가소제, 분산제를 첨가하여 테이프 캐스팅법으로 제작한 기판의 열전도도는 138 W/m․를 나타내었다.
more초록/요약
Effect of WO3 addition on the densification, phase evolution, and properties of Y2O3-doped AlN ceramics sintered at 1800℃ for 3 h has been investigated. The total amount of oxides was 4.5 wt%. In all of the investigated compositions, YAlO3 and Y4Al2O9 were observed as the secondary phases. For the WO3 added specimens, W2B was additionally identified. As the quantity of WO3 increased, the amount of YAlO3 and W2B increased while that of Y4Al2O9 decreased, while the sinterability and thermal conductivity was not much influenced. Optical reflectance decreased drastically from 25 to 10 percent by the formation of W2B. As the amount of W2B increased, Poisson’s ratio slightly increased whereas the elastic modulus did not change apparently. The dielectric constant was not changed apparently by the formation of W2B but the loss tangent was slightly increased. For 3.5Y2O3-1.0WO3-95.5AlN, the thermal conductivity, elastic modulus, and the Poisson’s ratio were 134 Wm-1K-1, 368 GPa and 0.196, respectively, and the dielectric constant and the loss tangent at the resonant frequency of 8.25 GHz were 8.60 and 0.003, respectively. The capability of 6 types of dispersants in dispersing the AlN-4.5wt%Y2O3 powder mixture in methyl ethyl keton (MEK) medium were investigated based on sedimentation of the particles in the medium. Among the investigated dispersants, BYK-111 was shown to be the best in MEK medium, and its optimum amount was 1-3 wt% with reference to the ceramic powder. The optimum quantities of the binder (polyvinyl butyral, 24 wt% w.r.t. the ceramic powder) and plasticizer (polyethylene glycol, 2 wt%) were determined based on the flexibility, tensile strength, and number of holes in the tape-casted sheet. Ten tape-casted AlN-Y2O3 sheets were layered, warm isostatically pressed at 70oC and 100 bar, and finally sintered at 1800℃ for 4 h in flowing N2 atmosphere. The thermal conductivity of the sintered substrate was 138 W/mK.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론적 배경 5
제 2-1 절 AlN의 결정구조 및 물성 5
제 2-2 절 AlN의 열적 특성 7
제 2-3 절 AlN의 전기적 특성 9
제 2-4 절 AlN의 소결 11
제 2-5 절 탄성율 및 유전상수 13
제 2-6 절 테이프 캐스팅 15
제 2-6-1 절 세라믹 원료 16
제 2-6-2 절 유기첨가제 17
제 3 장 실험방법 20
제 3-1 절 Y2O3 및 WO3가 첨가된 AlN 세라믹스의 소결체 제조 20
제 3-1-1 절 사용원료의 칭량 20
제 3-1-2 절 AlN분말의 볼밀링 공정 및 분말제조 21
제 3-1-3 절 성형 및 소결 24
제 3-1-4 절 XRD측정 및 리트벨트 분석 25
제 3-1-5 절 밀도 및 수축률 측정 26
제 3-1-6 절 탄성율 및 포아슨비, 유전특성 측정 27
제 3-2 절 AlN-Y2O3 혼합분말의 분산성 측정 및 테이프 캐스팅 28
제 3-2-1 절 AlN-Y2O3 혼합분말의 분산제 선정 및 분산제 함량 선정 28
제 3-2-2 절 가소제 및 결합제 함량 선정 31
제 3-2-3 절 테이프 캐스팅용 슬러리 제조 32
제 3-2-4 절 AlN 기판 제작 및 열전도도 측정 33
제 4 장 결과 및 고찰 34
제 4-1 절 Y2O3 및 WO3가 첨가된 AlN 세라믹스의 물성평가 및 정량분석 34
제 4-1-1 절 분말 X-선 회절 분석 34
제 4-1-2 절 리트벨트법을 이용한 정량분석 36
제 4-1-3 절 밀도 및 수축률 측정 39
제 4-1-4 절 미세구조 분석 41
제 4-1-5 절 반사율 분석 43
제 4-1-6 절 탄성률 및 포아슨비, 유전상수 고찰 45
제 4-2 절 AlN-Y2O3 혼합분말의 분산테스트, 기판제작 및 물성평가 47
제 4-2-1 절 AlN-Y2O3 혼합분말의분산테스트 47
제 4-2-2 절 미세조직 관찰 50
제 4-2-3 절 가소제 및 결합제 함량 선정 53
제 5 장 결론 54
