近日，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院曾惠丹教授團(tuán)隊聯(lián)合上海澤豐半導(dǎo)體有限公司羅雄科董事長、丹麥奧爾堡大學(xué)岳遠(yuǎn)征教授和武漢理工大學(xué)在電子封裝基板方面取得重大突破，相關(guān)研究成果以“Creating Single-Crystalline β-CaSiO₃ for High-Performance Dielectric Packaging Substrate”為題，于2024年12月23日發(fā)表在Advanced Materials上。

隨著5G和6G無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，對電子封裝基板材料的性能要求不斷提高。低溫共燒陶瓷（LTCC）因其低介電常數(shù)（K< 5）和高抗彎強(qiáng)度（>230 MPa）成為研究的重點。然而，實現(xiàn)低介電常數(shù)與高機(jī)械強(qiáng)度的協(xié)調(diào)優(yōu)化仍是一大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)多晶基板在這些方面的性能有限，而單晶材料憑借其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

針對上述問題，研究團(tuán)隊突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，將Al³⁺摻雜到鈣硼硅酸鹽（CBS）玻璃體系中來調(diào)節(jié)玻璃的短程有序（SRO）和中程有序（MRO）結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了非均質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，使得在能量上有利于納米級β-CaSiO₃和亞納米級α-CaSiO₃多晶顆粒的析出。隨著燒結(jié)溫度的升高，α-CaSiO₃中的[Si₃O₉]^-環(huán)被逐漸打開，轉(zhuǎn)變?yōu)橐?/span>[SiO₃]_∞鏈為特征結(jié)構(gòu)的β-CaSiO₃晶體，相應(yīng)的Si-O-Si鍵角從134.76°轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>143.31°，加快了納米級α-CaSiO₃（2-10 nm）被β-CaSiO₃吸收的過程。最終，轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驅(qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的單晶體β-CaSiO₃（1-2 μm），并且其在整個微晶玻璃中的占比可高達(dá)85%。該高單晶含量的微晶玻璃兼具低介電常數(shù)（4.04@15 GHz）和高抗彎強(qiáng)度（256 MPa），并首次將單晶結(jié)構(gòu)應(yīng)用于封裝基板，并與銀漿共燒匹配良好。這種新型基板的性能不僅達(dá)到國際先進(jìn)水平，甚至在某些關(guān)鍵指標(biāo)上表現(xiàn)更為出色。

我校材料科學(xué)與工程學(xué)院2021級博士研究生賈慶超為論文第一作者，曾惠丹教授、羅雄科董事長和岳遠(yuǎn)征教授為共同通訊作者。該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目（編號：52272001和52072122）的資助和上海澤豐半導(dǎo)體有限公司的技術(shù)支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414156