N N507 468038

NCBiR > Projekty badawcze - konkurs 38 > N N507 468038
Opracowanie, wykonanie metodą odlewania i charakterystyka rodziny nowych folii ceramicznych przeznaczonych dla elektroniki
nr kontraktu: N N507 468038

Opracowanie składów i metodyki otrzymywania metodą odlewania nowych folii ceramicznych przeznaczonych na nowoczesne elektroniczne elementy bierne.

Data rozpoczęcia >> 30.03.2010
Data zakończenia >> 29.03.2013
Czas trwania >> 36 miesięcy
Koszt całkowity >>
Państwa uczestniczące >> POLSKA

Podsumowanie projektu
Celem projektu było opracowanie składów i metodyki otrzymywania metodą odlewania nowych folii ceramicznych przeznaczonych na nowoczesne elektroniczne elementy bierne. Wytworzenie folii ceramicznych stanowiło początkową operację w procesie tworzenia wielowarstwowych struktur LTCC (low temperature cofired ceramics) o wysokim stopniu miniaturyzacji, integracji i niezawodności. Trzy grupy materiałów wykorzystano jako składniki nieorganiczne gęstw do odlewania ceramicznych folii przeznaczonych na bezołowiowe kondensatory typu II, termistory o strukturze perowskitu oraz ferroelektryczne i ferromagnetyczne komponenty warstwowych kompozytów multiferroicznych. Pierwsza grupa obejmowała bezołowiowe materiały o wysokiej przenikalności elektrycznej wynikającej z samorzutnego tworzenia się kondensatorów z zaporową warstwą wewnętrzną, takich jak CaCu₃Ti₄O₁₂, Bi_2/3Cu₃Ti₄O₁₂. W drugiej grupie badano materiały termistorowe o strukturze perowskitu (La_0.7Sr_0.3Zr_0.5Co²⁺_0.2Co³⁺_0.3O₃, La_0.8Sr_0.2Ti_0.5Co²⁺_0.3Co³⁺_0.2O₃, La_0.4Sr_0.6Ti_0.3Fe_0.7O₃, La_0.8Sr_0.2Ti_0.4Fe_0.6O₃, CaTi_0.8Co_0.2O₃, CaZr_0.8Co_0.2O₃, CaTi_0.9Y_0.1O₃) odznaczające się stabilnością składu i struktury w podwyższonych temperaturach (powyżej temperatury 200°C). W multiferroicznych kompozytach zastosowano ferroelektryczne relaksory Pb(Fe_1/2Ta_1/2)O₃, Pb(Fe_1/2Nb_1/2)O₃, Pb(Fe_2/3W_1/3)O₃ i ferrimagnetyczny ferryt CoFe₂O₄. Wszystkie nieorganiczne materiały syntezowano na drodze konwencjonalnej reakcji w fazie stałej. Gęstwy do odlewania folii przygotowano przez mielenie w młynku kulowym proszków nieorganicznych z organicznymi dodatkami. Dla każdego rodzaju nieorganicznego materiału przeprowadzano optymalizację składu i proporcji dodatków organicznych: spoiwa, zmiękczacza, dyspersanta i rozpuszczalników. Spośród szeregu badanych organicznych dodatków wybrano: poliwinylobutyral jako spoiwo, ftalan dwubutylu i glikol polietylenowy jako zmiękczacze, olej rybi jako dyspersant oraz toluen i alkohol izopropylowy jako rozpuszczalniki. Po procesie odlewania folie suszono i cięto laserem na arkusze. Surowe folie charakteryzowano przy użyciu mikroskopu grzewczego i termicznej analizy różnicowej, co umożliwiało dobór optymalnego profilu wypału. Wytworzone folie charakteryzowały się dużą gładkością, elastycznością i wytrzymałością na rozciąganie oraz grubością w zakresie 20-140 mm. Na surowych arkuszach folii nanoszono metodą sitodruku z komercyjnych past Ag, Ag-Pd lub Pt wewnętrzne elektrody wielowarstwowych kondensatorów i termistorów oraz kontakty elementów multiferroicznych. Następnie arkusze folii układano w stos i laminowano, laminaty cięto na pojedyncze elementy i spiekano. Badano mikrostrukturę i skład wielowarstwowych kondensatorów, termistorów i warstwowych kompozytów multiferroicznych przy użyciu mikroskopu skaningowego i metody EDS. Charakteryzowano właściwości dielektryczne kondensatorów metodą spektroskopii impedancyjnej w zakresie częstotliwości 0,1 Hz - 2 MHz i w zakresie temperatur od -55 do 600°C. Otrzymane kondensatory wykazywały wysoką pojemność i relatywnie niską temperaturową zmianę pojemności. Najkorzystniejsze właściwości uzyskano dla kondensatorów opartych na CaCu₃Ti₄O₁₂, dla których możliwe było zastosowanie tanich elektrod srebrowych ze względu na niską temperaturę spiekania warstw ceramicznych. Badano rezystancję i temperaturowy współczynnik rezystancji wytworzonych wielowarstwowych termistorów w zakresie temperatur od -55 do 900°C. Najwyższy temperaturowy współczynnik rezystancji wynoszący od -13 do -1%/°C w zakresie od -55 do 400°C uzyskano dla termistorów na bazie La_0.7Sr_0.3Zr_0.5Co²⁺_0.2Co³⁺_0.3O₃ i La_0.8Sr_0.2Ti_0.5Co²⁺_0.3Co³⁺_0.2O₃. Stwierdzono, że termistory oparte na CaTi_0.8Y_0.2O₃ są odpowiednie do zastosowania w zakresie wyższych temperatur (200-800°C). W przypadku kompozytów multiferroicznych złożonych z naprzemiennie ułożonych ferroelektrycznych warstw relaksorowych i ferrytowych mierzono magnetyzację w funkcji natężenia pola magnetycznego i temperatury. Badano efekt magnetoelektryczny w temperaturze pokojowej w zależności od natężenia pola magnetycznego ac i dc oraz częstotliwości pola magnetycznego ac. Wytworzone warstwowe kompozyty multiferroiczne charakteryzowały się wysokim współczynnikiem magnetoelektrycznym dochodzącym do 200 mV/Oe∙cm.

Zastosowanie
Przewiduje się zastosowanie opracowanych w ramach projektu nowych taśm ceramicznych do wytwarzania kondensatorów, termistorów i kompozytowych multiferroików przy użyciu technologii LTCC.

Praca została wykonana w ramach projektu badawczego nr N N507 468038, dofinansowanego z funduszy Narodowego Centrum Badan i Rozwoju.

Źródło: Ośrodek Przetwarzania Informacji – Państwowy Instytut Badawczy

osoba odpowiedzialna: dr J. Kulawik